JP2883523B2 - 画像合成装置及び画像合成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像合成装置、特に画像
情報をリアルタイムで合成出力することが可能な画像合
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば３次元ゲームあるいは飛行
機及び各種乗物の操縦シュミレ―タ等に使用される画像
合成装置として種々のものが知られている。このような
画像合成装置では、図３６に示す３次元物体３００に関
する画像情報が、あらかじめ装置に記憶されている。そ
して、この画像情報をスクリーン３０６上に透視変換す
ることにより疑似３次元画像３０８をスクリーン３０６
上に画像表示している。プレーヤ３０２が、操作パネル
３０４により回転、並進等の操作を行うと、装置は、こ
の操作信号に基づいて３次元物体３００に対する回転、
並進等の演算処理をリアルタイムに行う。その後、この
回転等の演算処理が施された３次元画像を、スクリーン
３０６上に透視変換して疑似３次元画像を表示する。こ
の結果、プレーヤ３０２は、自身の操作により３次元物
体３００をリアルタイムに回転、並進等することが可能
となり、仮想的な３次元空間を疑似体験できることとな
る。

【０００３】図３７には、このような画像合成装置の構
成の一例が示される。なお、以下の説明では、画像合成
装置を３次元ゲームに適用した場合を例にとり説明を進
める。

【０００４】図３７に示すように、この画像合成装置
は、操作部５１０、ゲーム空間演算部５００、画像合成
部５１２、ＣＲＴ５１８により構成される。

【０００５】ゲーム空間演算部５００では、操作部５１
０からの操作信号、中央処理部５０６に記憶されたゲー
ムプログラムにしたがって、ゲーム空間の設定が行われ
る。即ち、３次元物体３００をどの位置に、どの方向で
配置するかの演算が行われる。

【０００６】画像合成部５１２は、画像供給部５１４、
画像形成部５１６を含んで構成される。そして、画像合
成部５１２では、ゲーム空間演算部５００によるゲーム
空間の設定情報にしたがって疑似３次元画像の画像合成
が行われる。

【０００７】さて、本画像合成装置では、ゲーム空間を
構成する３次元物体は、３次元のポリゴンに分割された
多面体として表現されている。例えば、図３６において
３次元物体３００は、３次元のポリゴン(1) 〜(6) （ポ
リゴン(4) 〜(6) は図示せず）に分割された多面体とし
て表現される。そして、この３次元のポリゴンの各頂点
の座標及び付随データ等（以下、頂点画像情報と呼ぶ）
が３次元画像情報記憶部５５２に記憶されている。

【０００８】画像供給部５１４では、ゲーム空間演算部
５００の設定情報にしたがって、この頂点画像情報に対
する回転、並進等の各種の演算及び透視変換等の各種の
座標変換が行われる。そして、演算処理の終了した頂点
画像情報は、所定の順序に並び換えられた後、画像形成
部５１６に出力される。

【０００９】画像形成部５１６は、ポリゴン発生回路５
７０とパレット回路５８０を含んで構成され、ポリゴン
発生回路５７０は、輪郭点演算部３２４、ラインプロセ
ッサ３２６を含んで構成される。画像形成部５１６で
は、ポリゴン内部の全ドットを所定の色データ等で塗り
つぶす演算処理が以下の手順で行われる。

【００１０】まず、輪郭点演算部３２４において、図３
８に示すように、ポリゴンの輪郭線ＡＢ、ＢＣ，ＣＤ、
ＤＡ等と走査線との交点である左右輪郭点が演算され
る。次に、ラインプロセッサ３２６により、これらの左
右輪郭点により囲まれた部分、例えば図３８におけるＬ
Ｑ間、ＱＲ間が指定された色データに塗りつぶされる。
図３８においては、ＬＱ間は赤色及びＱＲ間は青色の色
データに塗りつぶされる。その後、この塗りつぶされた
色データはパレット回路５８０においてＲＧＢ変換さ
れ、ＣＲＴ５１８より出力表示されることになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】さて、このような従来
の画像合成装置では、以上述べたように一つのポリゴン
上のドットは全て同一色にしか塗りつぶすことができな
かった。例えば、図３８では、ポリゴン(1) 上のドット
は赤色のみ、ポリゴン(2) 上のドットは黄色のみ、ポリ
ゴン(3) 上のドットは青色のみにしか塗りつぶすことか
できなかった。従って、形成された画像は単調であり、
リアリティ感に欠けるものであった。

【００１２】逆に、このような単調さを避けるため、複
雑な表面を持つ物体を表示しようとすると、ポリゴンの
分割数を大幅に増加させる必要が生ずる。例えば図３９
に示すようなカラー情報のテクスチャが施された３次元
物体３３２を、従来の装置で画像合成する場合には、ポ
リゴンを、例えば (１) 〜 (８０) （ (４１) 〜 (８
０) は図示せず）に分割して演算処理を行わなければな
らない。即ち、これらの全てのポリゴンに対して回転、
並進、透視変換及び各ポリゴンの輪郭線の演算、ポリゴ
ン内部の塗りつぶし等の演算処理を行わなければならな
かった。従って、図３６のようにテクスチャが施されて
いない３次元物体３００を処理する場合に比べて、１０
数倍もの数のポリゴンを処理する必要が生じることとな
る。ところが、本装置のようにリアルタイムで画像合成
を行う装置では、例えば１フィールド（１／６０秒）毎
に全てのポリゴンに対する処理を行い、表示画面の描画
を終了しなければならない。従って、このようなカラー
情報のテクスチャが施された３次元物体３３２を描くた
めには、装置を構成するハードウェアの処理スピードを
大幅に向上させるか、もしくは、装置のハードウェアを
大規模化して並列演算処理により処理せざるを得なかっ
た。更に、処理するポリゴン数が増加すれば、これに伴
って、装置内部の記憶装置、データ処理装置も必然的に
大型化する。従って、例えばビデオゲーム機など、コス
ト上、あるいは設置面積上、制限のある画像合成装置で
は、このように繊細にテクスチャが施された高品質の疑
似３次元画像を描くことは、実質上不可能となってい
た。

【００１３】ところで、コンピュータグラフィック等の
分野においては、図４０に示すテクスチャマッピングと
呼ばれる手法が知られている。つまり、この手法による
画像合成装置では、３次元物体３３２の画像情報を、多
面体３３４の画像情報とテクスチャ３３６、３３８のテ
クスチャ情報に分離して装置に記憶する。そして、画像
出力する際に、多面体３３４に、このテクスチャ３３
６、３３８のテクスチャ情報をはり付けることによって
画像合成を行っている。

【００１４】しかしながら、高品質のテクスチャマッピ
ング手法は、グラフィックス・ワークステーションと呼
ばれる画像処理専用コンピュータや、フライトシミュレ
ータ等、かなり大規模で高価な画像処理装置の分野にお
いて実現されている物である。例えばビデオゲーム機な
ど比較的廉価な画像合成装置の分野においては、ハード
ウエアの超高速化や大規模化が困難であるため、テクス
チャマッピングを実現している物は極めて少ない。実現
しているわずかな例を見ても、表示可能な３次元物体の
数や大きさが限定されており、かつ、簡単な近似手法に
よる演算しか行えないために不正確なマッピングになっ
ていた。この結果、画像のリアリティを著しく損ねてい
た。また、画面が更新される頻度が毎秒数フレーム程度
と低いため、リアルタイム性も不十分であった。

【００１５】また、このテクスチャマッピングを用いた
手法では、図４０に示すように３次元物体に対して２次
元で形成されたテクスチャをはり付けなければならな
い。従って、マッピングされたテクスチャの遠近感が失
われたり、直線性が損なわれたりする問題が生じた。

【００１６】ところで、直線性の問題を改善するものと
して、例えば特開昭６３−８０３７５に開示された従来
技術がある。この技術は、走査線に沿ってではなくポリ
ゴンの辺にならった向きにマッピングを行うことによっ
て直線性を保つことを目指していた。しかし、直線の向
きによっては直線性が保たれない場合があった。また、
同一ドットを重複して処理するため、無駄な処理時間を
要した。更に、遠近感の問題については、全く改善でき
なかった。

【００１７】また、合成された画像が単調になることを
避けるのに、例えばカラー情報ではなく物体の表面の輝
度情報を変化させる手法が考えられる。このような手法
として例えば、物体表面の輝度情報が単純かつ連続的に
変化している場合は、グーローシェーディングと呼ばれ
る手法が知られている。また、法線ベクトルが変化して
いる場合は、フォンシェーディングと呼ばれる手法（例
えば特公平３−４５４２７、特公平３−４５４２８）が
知られている。

【００１８】これらのグーローシェーディング、フォン
シェーディングの手法ではいずれも、各ドットの輝度情
報、法線ベクトルを単なる線形補間演算により求めてい
る。従って、輝度変化に遠近感が欠落した画像を合成す
ることとなり、合成される３次元物体を回転等した場合
に、画像のリアリティが損なわれるという問題があっ
た。

【００１９】本発明は、以上のような従来の課題に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、物体の
表面情報の空間的変化に遠近感を与えることによって、
リアリティの高い画像をリアルタイムに出力できる画像
合成装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、３次元ポリゴンで構成される３次元画像
を所定投影面上に透視変換して疑似３次元画像を合成す
る画像合成装置であって、前記３次元ポリゴンの各頂点
の表示座標を前記投影面上の各頂点の透視変換表示座標
に透視変換し、この各頂点の透視変換表示座標により形
成されるポリゴンを構成する各ドットの透視変換表示座
標を線形補間演算により求める表示座標演算手段と、前
記３次元ポリゴンの各頂点に対応して与えられた表面情
報を前記各頂点の透視変換表示座標に対して線形な各頂
点の透視変換表面情報に透視変換し、この各頂点の透視
変換表面情報により形成されるポリゴンを構成する各ド
ットの透視変換表面情報を線形補間演算により求め、こ
の透視変換表面情報を逆透視変換して表面情報の演算を
行う表面情報演算手段と、前記表面情報演算手段により
求められた前記表面情報に基づいて前記透視変換表示座
標位置における画像情報の形成を行う画像情報形成手段
と、を含むことを特徴をする。

【００２１】この場合、前記表示座標演算手段は、前記
各頂点の透視変換表示座標を線形補間することにより、
各頂点の透視変換表示座標により形成されるポリゴンの
輪郭線と各走査線とが交差する点である左右輪郭点の透
視変換表示座標を演算し、この左右輪郭点の透視変換表
示座標を線形補間することにより、左右輪郭点を結ぶ走
査線上の各ドットの透視変換表示座標を線形補間演算す
るように形成され、前記表面情報演算手段は、前記各頂
点の透視変換表面情報を線形補間することにより、各頂
点の透視変換表示座標により形成されるポリゴンの輪郭
線と各走査線とが交差する点である左右輪郭点の透視変
換表面情報を演算し、この左右輪郭点の透視変換表面情
報を線形補間することにより、左右輪郭点を結ぶ走査線
上の各ドットの透視変換表面情報を線形補間演算するよ
うに形成することができる。

【００２２】また、前記表面情報演算手段により演算処
理される前記表面情報のうち少なくとも１つはレンダリ
ング情報であり、前記画像情報形成手段が、前記表面情
報演算手段により求められたレンダリング情報に基づい
て前記透視変換表示座標位置における画像情報の形成を
行うことが望ましい。

【００２３】また、前記表面情報演算手段により演算処
理される前記表面情報のうち少なくとも１つはテクスチ
ャ座標であり、前記表面情報演算手段により求められた
テクスチャ座標により指定されるアドレス位置に所定の
レンダリング情報を記憶するレンダリング情報記憶部を
含み、前記画像情報形成手段が、前記レンダリング情報
記憶部により読み出されたレンダリング情報に基づいて
前記透視変換表示座標位置における画像情報の形成を行
ってもよい。

【００２４】また、前記表面情報演算手段により演算処
理される前記表面情報のうち少なくとも１つはテクスチ
ャ座標であり、前記表面情報演算手段により求められた
テクスチャ座標に対して所定の関数演算を施してレンダ
リング情報を求める関数演算部を含み、前記画像情報形
成手段が、前記関数演算部により求められたレンダリン
グ情報に基づいて前記透視変換表示座標位置における画
像情報の形成を行ってもよい。

【００２５】また、前記レンダリング情報のうち少なく
とも一種類がカラー情報であり、前記画像情報形成手段
が、このカラー情報を用いて前記透視変換表示座標位置
における画像情報の形成を行うことが望ましい。

【００２６】また、前記レンダリング情報のうち少なく
とも一種類が輝度情報であり、前記画像情報形成手段
が、この輝度情報を用いて前記透視変換表示座標位置に
おける画像情報の形成を行ってもよい。

【００２７】また、前記レンダリング情報のうち少なく
とも一種類が表面形状情報であり、前記画像情報形成手
段が、この表面形状情報を用いて前記透視変換表示座標
位置における画像情報の形成を行ってもよい。

【００２８】また、前記レンダリング情報のうち少なく
とも一種類が透明度情報であり、前記画像情報形成手段
が、この透明度情報を用いて前記透視変換表示座標位置
における画像情報の形成を行ってもよい。

【００２９】また、前記レンダリング情報のうち少なく
とも一種類が拡散反射率情報であり、前記画像情報形成
手段が、この拡散反射率情報を用いて前記透視変換表示
座標位置における画像情報の形成を行ってもよい。

【００３０】また、前記画像情報形成手段は、分割され
た各ポリゴンに共通の画像情報であるアトリビュートデ
ータを記憶するアトリビュートデータ記憶手段を有し、
前記画像情報形成手段が、前記アトリビュートデータ及
び前記表面情報に基づいて前記透視変換表示座標位置に
おける画像情報の形成を行うことが望ましい。

【００３１】また、前記表示座標演算手段は、表示画面
に対して手前に位置するポリゴンから順に演算処理を行
い、前記表示座標演算手段による演算処理が終了したド
ットに対応するアドレス位置に、演算処理の終了を示す
終了フラッグが記憶される終了フラッグ記憶手段と、前
記終了フラッグ記憶手段から前記終了フラッグを読み出
し、この終了フラッグに基づいて処理を行うべきドット
を前記表示座標演算手段に指示する処理ドット指示手段
とを含み、前記処理ドット指示手段は、処理することを
決定したドットの終了フラッグを新たに処理が終了した
ドットとして前記終了フラッグ記憶手段に書き戻すとと
もに、前記表示座標演算手段に対して処理することを決
定したドットのみ前記演算処理を行うよう指示すること
で処理の高速化を図ることが望ましい。また前記表示座
標演算手段が、奥行き方向に設定された表示座標である
Ｚ座標に基づいて各頂点の透視変換表示Ｚ座標を求め、
前記表面情報演算手段が、該各頂点の透視変換表示Ｚ座
標に基づいて前記表面情報の透視変換を行ってもよい。
また前記表示座標演算手段が、奥行き方向に設定された
表示座標であるＺ座標に基づいて各ドットの透視変換表
示Ｚ座標を求め、前記表面情報演算手段が、該各ドット
の透視変換表示Ｚ座標に基づいて前記透視変換表面情報
の逆透視変換を行ってもよい。また前記表面情報演算手
段が、複数種類の表面情報を並列演算により同時に求め
ることが望ましい。また前記レンダリング情報のうち少
なくとも一種類がポリゴンの表面形状情報である法線ベ
クトル情報であり、前記画像情報形成手段が、所定の照
明モデルと該法線ベクトル情報とに基づいて前記透視変
換表示座標位置における輝度情報を形成するようにして
もよい。また前記レンダリング情報のうち少なくとも一
種類がポリゴンの表面形状情報である法線ベクトル摂動
成分情報であり、 前記画像情報形成手段は、前記法線ベ
クトル摂動成分情報と各ポリゴンにアトリビュートデー
タとして与えられれた法線ベクトル情報とに基づいて摂
動処理を行い、所定の照明モデルと該摂動処理が施され
た法線ベクトル情報とに基づいて前記透視変換表示座標
位置における輝度情報を形成するようにしてもよい。ま
た前記表面情報演算手段により演算処理される前記表面
情報のうち少なくとも１つはポリゴンの法線ベクトル情
報であり、前記画像情報形成手段が、前記法線ベクトル
摂動成分情報と前記表面情報演算手段により求められた
法線ベクトル情報とに基づいて前記摂動処理を行うよう
にしてもよい。また本発明は、３次元ポリゴンで構成さ
れる３次元画像を所定投影面上に透視変換して疑似３次
元画像を合成するための画像合成方法であって、前記３
次元ポリゴンの各頂点の表示座標を前記投影面上の各頂
点の透視変換表示座標に透視変換し、この各頂点の透視
変換表示座標により形成されるポリゴンを構成する各ド
ットの透視変換表示座標を線形補間演算により求めるス
テップと、前記３次元ポリゴンの各頂点に対応して与え
られた表面情報を前記各頂点の透視変換表示座標に対し
て線形な各頂点の透視変換表面情報に透視変換し、この
各頂点の透視変換表面情報により形成されるポリゴンを
構成する各ドットの透視変換表面情報を線形補間演算に
より求め、この透視変換表面情報を逆透視変換して表面
情報を演算するステップと、該表面情報の演算ステップ
により求められた前記表面情報に基づいて前記透視変換
表示座標位置における画像情報を形成するステップと、
を含むことを特徴をする。

【００３２】

【作用】本発明によれば、ポリゴンの表示座標に関する
座標系のみならず、ポリゴンの表面情報についても透視
変換される。従って、表示座標に関する座標系と表面情
報との間の関係が線形に保たれることになる。この結
果、物体の表面情報の遠近感、直線性が損なわれず、高
品質の疑似３次元画像をリアルタイムに画像合成するこ
とが可能となる。

【００３３】また、本発明によれば、各頂点の透視変換
表示座標、透視変換表面情報の線形補間演算等により、
左右輪郭点及びこれを結ぶ走査線上の各ドットの透視変
換表示座標、透視変換表面情報を求めることができる。

【００３４】また、本発明によれば、表面情報演算手段
により演算処理される表面情報のうち少なくとも１つを
レンダリング情報とすることができる。これにより、ポ
リゴンの各頂点に与えられたテクスチャ座標に基づい
て、遠近感、直線性の損なわれないレンダリングを表示
物体の表面に対して施すことが可能となる。

【００３５】また、本発明によれば、表面情報演算手段
により演算処理される表面情報のうち少なくとも１つを
テクスチャ座標とし、このテクスチャ座標によりレンダ
リング情報記憶部からレンダリング情報を読み出し画像
情報の形成を行うことができる。これにより、ポリゴン
の各頂点に与えられたテクスチャ座標に基づいてレンダ
リング情報を読み出し、遠近感、直線性の損なわれない
テクスチャマッピングを表示物体の表面に対して施すこ
とが可能となる。

【００３６】また、本発明によれば、表面情報演算手段
により演算処理される前記表面情報のうち少なくとも１
つをテクスチャ座標とし、このテクスチャ座標に対して
所定の関数演算を施してレンダリング情報を求め画像情
報の形成を行うことができる。

【００３７】これにより、ポリゴンの各頂点に与えられ
たテクスチャ座標に基づいて関数演算部によりレンダリ
ング情報を形成し、遠近感、直線性の損なわれないテク
スチャマッピングを表示物体の表面に対して施すことが
可能となる。

【００３８】また、本発明によれば、レンダリング情報
のうち少なくとも一種類をカラー情報とすることができ
る。これによりカラー情報を用いたレンダリングを、遠
近感、直線性を損なうことなく行うことができる。同様
に、カラー情報を用いたテクスチャマッピングも遠近
感、直線性を損なわことなく行うことができる。

【００３９】また、本発明によれば、前記レンダリング
情報のうち少なくとも一種類を輝度情報とすることがで
きる。これにより、カラー情報のみならず輝度情報を用
いたレンダリング、テクスチャマッピングを行うことが
できる。

【００４０】また、本発明によれば、レンダリング情報
のうち少なくとも一種類を表面形状情報とすることがで
きる。これにより、カラー情報のみならず物体の表面形
状情報を用いたレンダリング、テクスチャマッピングを
行うことができる。

【００４１】また、本発明によれば、レンダリング情報
のうち少なくとも一種類を透明度情報とすることができ
る。これにより、カラー情報のみならず物体の透明度情
報を用いたレンダリング等を行うことができる。

【００４２】また、本発明によれば、前記レンダリング
情報のうち少なくとも一種類を拡散反射率情報とするこ
とができる。これにより、カラー情報のみならず物体の
拡散反射率情報を用いたレンダリング等を行うことがで
きる。

【００４３】また、本発明によれば、分割された各ポリ
ゴンに共通の画像情報であるアトリビュートデータを用
いることができる。これにより、より高品質な画像合成
をより簡易な回路構成で実現できる。

【００４４】また、本発明によれば、表示座標演算手段
が表示画面に対して手前に位置するポリゴンから順に演
算処理を行い、終了フラッグ記憶手段に記憶された終了
フラッグに基づいて、処理ドット指示部が処理を行うべ
きドットを指示する構成とすることができる。このよう
に構成することで演算処理が間に合わなくなっても、画
面の手前にあるポリゴンのデータが喪失するのを有効に
防止できる。また、手前にあるポリゴンの演算処理後、
次のポリゴンの演算処理を行う場合、陰面の部分につい
ては既に終了フラッグが書き込まれている。従って、こ
の陰面の部分については演算処理を省略でき、処理の高
速化を図ることができる。また本発明によれば、奥行き
方向に設定されたＺ座標に基づいて、各頂点の透視変換
表示Ｚ座標であるＶＺ ^＊ が求められ、このＶＺ ^＊ を、各
頂点の表面情報である頂点テクスチャ座標ＶＴＸ、ＶＴ
Ｙ、頂点輝度情報ＶＢＲＩ等に乗算等することで透視変
換が可能となる。また本発明によれば、奥行き方向に設
定されたＺ座標に基づいて、各ドットの透視変換表示Ｚ
座標であるＺｎ ^＊ が求められ、このＺｎ ^＊ で、各ドット
の透視変換表面情報である各ドットの透視変換テクスチ
ャ座標ＴＸｎ ^＊ 、ＴＹｎ ^＊ 、透視変換輝度情報ＢＲＩｎ
^＊ 等を除算等することで逆透視変換が可能となる。また
本発明によれば、複数種類の表面情報、例えばテクスチ
ャ座標、輝度情報、法線ベクトル情報等が、並列演算に
より同時に求められる。そして本発明によれば、複数の
表面情報を、同一構成の回路、デバイス等により並列に
求めることができる。また本発明によれば、ポリゴンの
各頂点の法線ベクトル情報に基づき、表面情報演算手段
により、各ドットの法線ベクトル情報が求められる。そ
してこの各ドットの法線ベクトル情報と所定の照明モデ
ルに基づいて、各ドットの輝度情報が求められる。これ
によりフォンシェーディング等に基づく輝度演算が可能
となる（例えば図２５参照）。また本発明によれば、ポ
リゴン毎に与えられた法線ベクトル情報が、法線ベクト
ル摂動成分情報に基づいて偏位され、これにより各ドッ
トの法線ベクトル情報が求められる。そしてこの各ドッ
トの法線ベクトル情報と所定の照明モデルに基 づいて、
各ドットの輝度情報が求められる。これによりバンプマ
ッピング等が可能となる（例えば図２９参照）。なお法
線ベクトル摂動成分情報は、レンダリング情報記憶部に
記憶してもよいし、関数演算部により発生してもよい。
また本発明によれば、ポリゴンの各頂点の法線ベクトル
情報に基づき、表面情報演算手段により、各ドットの法
線ベクトル情報が求められる。そしてこの各ドットの法
線ベクトル情報が、法線ベクトル摂動成分情報に基づい
て偏位され、偏位された各ドットの法線ベクトル情報と
所定の照明モデルに基づいて、各ドットの輝度情報が求
められる（例えば図３３参照）。

【００４５】

【実施例】

（実施例の目次） Ａ．手法 １．手法１ ２．手法２ ３．手法３ ４．手法４ ５．基本構成・基本概念 Ｂ．第１の実施例 １．実施例の概要 (1) 構成の概要 (2) 動作及び演算手法の概要 ２．具体例 (1) ゲーム空間演算部 (2) 画像供給部 (3) ソーティング処理部 (4) プロセッサ部 (5) 終了フラッグ記憶部、処理ドット指示部 (6) フィールドバッファ部 (7) アトリビュートＲＡＭ部 (8) テクスチャ情報記憶部 (9) パレット＆ミキサ回路 Ｃ．第２の実施例の概要 １．実施例の概要 ２．具体例 Ｄ．第３の実施例の概要 １．実施例の概要 ２．具体例 Ａ．手法 本発明にかかる画像合成装置は、大略して、以下のよう
な手法に基づき構成される。 １．手法１ まず第一に本画像合成装置は、テクスチャマッピング手
法、即ち、３次元画像を構成するポリゴンに、テクスチ
ャ情報記憶手段に記憶されているレンダリング情報であ
るテクスチャ情報を、テクスチャマッピングすることに
より画像を合成している。なお、ここでは簡単のために
テクスチャ情報としてカラー情報のみを考える。

【００４６】このテクスチャマッピング手法によれば、
処理するポリゴン数を増やすことなく、画像の模様、色
彩等をよりきめ細かなものとすることができる。即ち、
テクスチャ情報記憶手段に記憶されているテクスチャ情
報をより綿密なものとするだけで、ハードウェアの負担
をそれほど増やすことなく、より高品質な画像を得るこ
とができるわけである。

【００４７】しかし、従来のテクスチャマッピング手法
により、テクスチャを施した場合には、例えば次のよう
な問題点が生じる。即ち、マッピングされたテクスチャ
の模様の遠近感、及び、直線性に関する問題点である。

【００４８】図３（Ａ）〜（Ｃ）には、このテクスチャ
マッピングの遠近感に関する問題点について示される。

【００４９】図３（Ａ）に示すように、テクスチャ３３
６を、ただ単に線形補間によりポリゴン３４０にはり付
けた場合、多面体３３４におけるテクスチャは、スクリ
ーン上において図３（Ｂ）に示すように見えることにな
る。しかし、実際には多面体３３４におけるテクスチャ
は、図３（Ｃ）に示すように見えるべきである。即ち、
図３（Ｂ）に示すようにテクスチャはり付けると、多面
体３３４上のテクスチャの遠近感が失われていることが
わかる。これは、例えば、図３（Ａ）における、テクス
チャ模様の間隔ｄ0 〜ｄ3 がそのまま線形に補間されて
いることからも理解される。

【００５０】更に、ただ単に線形補間によりテクスチャ
をはり付けると、テクスチャを構成する模様の直線性が
損なわれるという現象も生じる。即ち、３次元上での直
線が、スクリーン上で直線とはならなくなり例えば折れ
曲がって見えることとなる。この様子が図４（Ａ）、
（Ｂ）に示される。即ち、スクリーン上において実際に
は図４（Ａ）に示すように見えるべき画像が、図４
（Ｂ）のように見えてしまう。このように、ただ単に、
線形補間によりテクスチャをはり付けると、テクスチャ
を構成する模様の直線性が大幅に損なわれ、画質に大幅
な劣化が生じることとなる。

【００５１】この遠近感及び直線性の問題は、スクリー
ン上におけるテクスチャが非線形であるにもかかわら
ず、線形補間している点に原因がある。

【００５２】以上のような、遠近感、直線性の問題を解
決するものとして、従来、例えばテクスチャ細分アルゴ
リズムを用いたテクスチャマッピング手法というものが
考案されている。これは図５に示すようにテクスチャリ
ングを行う面パッチ３４２をサブパッチ３４４に細分化
してテクスチャマッピングを行う。このような手法によ
ればサブパッチ３４４内でのデプス（Ｚ値）の知識が要
求されないため、このサブパッチ３４４をより細分化す
ることにより、上記した遠近感、直線性の問題を解決で
きることになる。

【００５３】しかし、この手法によった場合、画質の向
上を図るべく細分化の程度を増すにしたがって演算量が
増大し、また、このアルゴリズムを実際にハードウェア
で実現した場合にはハードウェアが複雑なものとなるた
め、ハードウェアの規模、負担が大幅に増大してしま
う。

【００５４】また、テクスチャをはり付ける場合の補間
を、線形ではなく例えば２次関数により行う手法も考え
られる。この手法によれば、ハードウエア上の負担は、
線形補間の場合よりは増えるが、後述する数学的に正確
な手法よりは少なくて済む。遠近感と直線性の問題も、
線形補間の場合よりは改善されるが、完全には解消しな
い。ここでもテクスチャ細分アルゴリズムを適用して、
遠近感と直線性をさらに改善することが可能だが、その
場合には前述したテクスチャ細分アルゴリズムの弊害が
さらに顕著に現れる。

【００５５】以上の線形あるいは２次関数による補間手
法は近似演算を用いる手法である。これに対して数学的
に正確な手法として、例えば透視変換される際の、ポリ
ゴンの頂点座標Ｘ、Ｙ、Ｚと、補間すべきポリゴン内の
テクスチャ座標との間の関係式を求め、この関係式にし
たがい求めるべきテクスチャ座標を補間する手法も考え
られる。しかし、この関係式は複雑な分数関数となって
いしまい、この分数関数をハードウェア上で実現しよう
とすれば、ハードウェアの負担が大幅に増加してしまう
結果となる。

【００５６】数学的正確さを保ち、なおかつより演算量
の少ない手法として、次のような手法が知られている
（テクスチャマッピングについて(1) 柴本猛、小林誠
情報処理学会第３１回講演論文集 （社）情報処理学会
昭和６０年９月９日発行）。この手法では、まず、ポ
リゴンの各頂点の透視変換された表示座標を逆透視変換
して透視変換前の状態に戻す。そして、各頂点に対応し
たテクスチャ座標を手掛かりに、透視変換前の表示座標
をテクスチャ座標に変換する「変換マトリクス」を求め
ておく。次に、ポリゴン上の全ドットについてそれぞれ
の表示座標に逆透視変換をかけ、変換マトリクスによっ
てテクスチャ座標を求める。この手法によれば、大幅な
演算量の低減が実現できる。しかし、それでもなお、変
換マトリクスを求める演算、およびそれによってテクス
チャ座標を求める演算が大きな負担となる。

【００５７】以上のように、従来の手法によっては、画
質の向上を図るべく遠近感、直線性などが損なわれない
ようにしながら、しかも同時にハードウェア上の負担も
あまり大きくしならないような画像合成装置を実現する
ことは非常に困難であった。

【００５８】本発明者は、このような困難性を生みだし
ている要因は、Ｘ、Ｙ座標のみ透視変換され、Ｚ座標及
びテクスチャ座標ＴX 、ＴY については透視変換されて
いないことにあるのではないかと考えた。即ち、Ｘ、Ｙ
座標のみが透視変換され、Ｚ、ＴX 、ＴY が透視変換さ
れていないため、この５つの座標が非線形な関係にな
り、上記した困難性を生み出しているわけである。

【００５９】そこで、本発明におけるテクスチャマッピ
ング手法では、Ｘ、Ｙ座標系のみならず、Ｚ、ＴX 、Ｔ
Y 座標系も透視変換して、５つの座標系を線形な関係に
しておき、その後に、この座標系上で線形補間する手法
によりテクスチャマッピングを行っている。そして、こ
の手法をハードウェア上で実現するために、ポリゴンの
各頂点に与えられた頂点画像情報を透視変換し、この透
視変換後の頂点画像情報を線形補間することにより表示
画面の各ドットの画像情報を求めている。

【００６０】従って、この手法によれば、負担の重い演
算である透視変換はポリゴンの各頂点に対して行えばよ
く、この負担の重い演算の回数を減らすことができる。
また、演算回数、即ち演算すべきデータの最も多い表示
画面の各ドットの画像情報の演算は線形補間演算により
行うことができる。そして、表示座標からテクスチャ座
標への変換の必要はない。従って変換マトリクスを予め
求めておく必要もない。この結果、ハードウェアの負担
を従来のテクスチャマッピング手法によるものより大幅
に減らすことができ、しかも同時に、遠近感、直線性な
どを損なうことのない質の高い画像情報を形成すること
が可能となる。

【００６１】なお、図６には透視変換の概念図が示され
る。即ち、透視変換とは、３次元画像を２次元のスクリ
ーン３０６上に投影変換することをいい、 Ｘ^* ＝Ｘ×（ｈ／Ｚ） Ｙ^* ＝Ｙ×（ｈ／Ｚ） の変換式によりＸ座標、Ｙ座標が変換される。

【００６２】ここに、ｈは視点とスクリーンの距離であ
り、視点を原点とする座標系を用いている。

【００６３】ＸとＹとは線形であり、Ｘ^* とＹ^* もまた
線形である。

【００６４】透視変換という概念をより一般化して、次
のように考える。いま新たな座標Ｗを想定し、ＷとＸ、
あるいはＷとＹが線形であるとする。Ｗ^* とＸ^* 、ある
いはＷ^* とＹ^* もまた線形となるような、ＷからＷ^* へ
の変換を、Ｗの透視変換と考える。すると、 Ｗ^* ＝ｐＷ／Ｚ＋ｑ／Ｚ＋ｒ という一般式が導かれる。ここに、ｐ、ｑ、ｒはそれぞ
れ任意の定数である。

【００６５】このＷに、テクスチャ座標やＺ座標や輝度
情報を当てはめると、全ての座標の線形化が実現する。
テクスチャ座標ＴX 及びＴY 、そして他の表面情報、例
えば輝度情報ＢＲＩの場合は、ｐ＝ｈ、ｑ＝ｒ＝０とし
て、 Ｔｘ^* ＝Ｔｘ×（ｈ／ｚ） Ｔｙ^* ＝Ｔｙ×（ｈ／ｚ） ＢＲＩ^* ＝ＢＲＩ×（ｈ／ｚ） と定義すると、Ｘ及びＹの透視変換と乗数が共通化でき
る。ただし、Ｚの透視変換に関しては、上記と同様にす
ると、Ｚ^* は定数ｈに等しくなってしまうので、特に、
ｐ＝ｒ＝０、ｑ＝ｈとして、 Ｚ^* ＝ｈ／Ｚ と定義すると、これは他の座標系の透視変換の乗数その
ものであり、設計上都合がよい。つまり、Ｚをまず透視
変換し、それを乗数として、他の座標系を透視変換すれ
ばよい。 ２．手法２ ３次元画像を疑似３次元画像に変換した場合の画質の低
下の問題として、前述した遠近感、直線性の問題の他
に、例えば輝度に関する問題がある。

【００６６】通常、この種の画像合成装置においては、
疑似３次元画像の各ドットでの輝度情報についても演算
し、最終的にＣＲＴ等で表示する際に、別に演算された
カラーコードと合成しながらこれを出力している。この
際に、特に問題となるのは、輝度情報の連続性に関する
問題である。即ち、疑似曲面、つまり物体表面がポリゴ
ンで構成されているにも関わらず、「丸み」を表現した
い場合が多々ある。例えば、輝度情報を各ポリゴン毎に
もたせている従来の画像合成装置では、各ポリゴン間で
の輝度を連続なものとしなければ、ポリゴンとポリゴン
の境界線が、画像上に表れてしまい前記した「丸み」が
得られない。

【００６７】更に、例えば物体表面の、照明があたって
明るい部分と、照明から遠く暗い部分との境界のような
部分では、輝度の緩やかな変化を表現したい場合があ
る。この場合、境界における輝度情報の連続性がなけれ
ば、輝度の緩やかな変化を表現することができない。

【００６８】そこで、この輝度情報の連続性を保つべ
く、グ−ローシェーディングと呼ばれる手法が知られて
いる。この手法では、輝度情報はポリゴンの各頂点に与
えられている。そして、この各頂点に与えられた輝度情
報を線形補間することにより表示画面上での各ドットで
の輝度情報を演算する手法をとっている。この手法によ
り例えば図７（Ａ）に示すように、ポリゴンの多面体で
表現された３次元オブジェクトＫを、境界における「丸
み」が表現された３次元オブジェクトＬとして画像合成
することができる。

【００６９】しかし、前記したテクスチャマッピングに
おける透視変換によって生じた問題と同様の問題が、こ
の輝度情報の線形補間演算においても生じることが判明
した。この点について、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説
明する。

【００７０】例えば、図３（Ａ）において、ポリゴンの
頂点である点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの輝度情報が与えられて
いる場合を考える。この場合、点Ｍでの輝度を求めるの
に、例えばただ単に線形補間により求めるとすれば、点
Ｃでの輝度と点Ｄでの輝度の平均値を求め、これを辺Ｃ
Ｄの中点Ｍでの輝度とする。しかし、３次元画像を疑似
３次元画像に透視変換したときに、画面上で実際に上記
した輝度を持つべきドットは、図３（Ｂ）における辺Ｃ
Ｄの中点Ｅではなく、中点Ｅよりも点Ｄに近い図３
（Ｃ）における点Ｆでなければならない。即ち、輝度情
報をただ単に線形補間により求めた場合、実際に表示さ
れるべき輝度情報により構成される画像と異なった輝度
情報が形成されることになってしまう。従って、例えば
図３（Ｂ）の辺ＣＤの中点Ｅにおける輝度は、例えば多
面体３３４が回転等してその奥行き情報（Ｚ値）が変化
しても、やはり点Ｃの輝度と点Ｄの輝度の平均値のまま
であり、多面体が回転しているという実感があまり感じ
られなくなってしまう問題も生じる。

【００７１】このような問題が生じた理由は、前記手法
１で述べたものと同様の原因による。即ち、ただ単に線
形補間をしたのでは、Ｘ、Ｙ座標については透視変換さ
れるが、輝度情報については透視変換されておらず、こ
れら座標系の間で線形な関係が保たれなくなってしまっ
ているからである。そこで本発明では、この輝度情報の
演算においても、まずポリゴンの各頂点における輝度情
報を透視変換し、この透視変換された頂点輝度情報に基
づき各ドットにおける輝度情報を線形補間演算してい
る。

【００７２】この手法により、実際の３次元物体におい
て見えるべき輝度を忠実に再現でき、前記手法１で述べ
たテクスチャマッピング手法における遠近感、直線性の
向上と相まって、画質をより忠実に、リアリティーを高
めて再現することが可能となる。

【００７３】しかも、この手法には、このように画質の
向上が図れるのにもかかわらず、ハードウェア上の負担
も少なくて済むという利点がある。即ち、まず、この手
法による輝度情報等のレンダリング情報の演算は、前記
したＴX 、ＴY 座標の演算と全く同様の構成のハードウ
ェアで実現できる。従って、このハードウエアをＬＳＩ
化すれば、ＴX 、ＴY 座標と輝度情報等のレンダリング
情報の演算がそれぞれ同一種のＬＳＩで実現できるた
め、ＬＳＩの開発コストが節約でき、また、いわゆる量
産効果によってＬＳＩの製造コストも低減できる。更
に、ハードウェアの制御回路及び制御信号を共通化で
き、新たにハードウェアの制御回路及び制御信号を設け
る必要がない。従って、ハードウェアの負担を軽減する
ことができる。また、この手法によれば、輝度情報の演
算とＴX 、ＴY 座標の演算とを、並列に行うことができ
る。これにより、全画像情報の描画スピードに影響を与
えることなくこの輝度情報演算を実現できることとな
り、ハードウェアの負担を軽減することができる。 ３．手法３ さて、３次元オブジェクトの「丸み」を表現したい場合
には、前述のグーローシェーディングよりも更に表現力
が豊かな手法として、フォンシェーディングと呼ばれる
手法が知られている。これはグーローシェーディングと
同様、物体表面の輝度情報を求めるための手法ではある
が、操作対象は輝度情報そのものではなく、表面形状情
報すなわち具体的には法線ベクトル情報である。この手
法では図７（Ｂ）に示すように、ポリゴンの各頂点に輝
度情報ではなく法線ベクトルＮ１〜Ｎ４が与えられてい
る。そして、この法線ベクトルＮ１〜Ｎ４を、グーロー
シェーディングの場合と同様に、線形補間することによ
って、表示画面上の各ドットの法線ベクトルＮを求め、
疑似的な曲面を形成する。

【００７４】各ドットの法線ベクトルＮが求まれば、照
明モデルの選び方によって様々の表現が可能になる。即
ち、照明モデルは所定の演算式で表されており、この演
算式にポリゴンの各ドットにおける法線ベクトルＮの値
を代入する。すると、この演算式により各ドットにおけ
る輝度が算出される。この結果、照明モデルの演算式の
設定の仕方で種々の表現が可能となるわけである。な
お、ここで照明モデルとは、光源の数、鏡面反射、拡散
反射、周囲光など、照明に係わる各種情況の設定をい
う。例えば、鏡面反射、すなわち光が入射角と反射角の
等しい方向に強く反射されるという性質を与えれば、物
体表面にハイライトと呼ばれる明るい部分が生じ、グー
ローシェーディングでは得られない光沢が表現できる。

【００７５】しかし、このフォンシェーディング手法を
用いても、グーローシェーディング手法と同じ問題が残
る。つまり、法線ベクトルを単なる線形補間で求めてい
るために、実際の３次元の物体の表面の法線ベクトルの
分布を画面上に透視変換したものとは異なったものとな
ってしまう。このため、物体が回転すると、それにつれ
て補間のルールが変化してしまい、疑似曲面の形状が変
形するように感じられる。こうした不自然さは、フォン
シェーディング手法が元来表現力豊かな手法であるがた
めに、グーローシェーディング手法より更に顕著に表れ
る。

【００７６】そこで、本画像合成装置では、この法線ベ
クトル情報に関しても、手法２と同様に、まずポリゴン
の各頂点における法線ベクトル情報を透視変換し、この
各頂点の透視変換法線ベクトル情報に基づき各ドットに
おける法線ベクトル情報を求める。そして、この各ドッ
トにおける法線ベクトル情報を基に所定の照明モデルを
用いて各ドットにおける輝度を求めている。これによ
り、物体が回転等した場合でも、より忠実に物体の輝度
を表現でき、リアリティ溢れる画像合成が可能となる。 ４．手法４ 手法１では、ポリゴンにはり付けるテクスチャ情報とし
てカラー情報を用いた。しかし、ポリゴンにはり付ける
ことができるテクスチャ情報としては、これに限らず、
あらゆる種類のレンダリング情報が考えられる。例えば
ポリゴン表面の形状の情報をはり付けることもできる。
このようなマッピング手法はバンプマッピングと呼ばれ
ている。この手法により、図８に示すように３次元オブ
ジェクトＭに対して例えばＬに示すようにクレータ状の
マッピングを施すことが可能となる。

【００７７】手法４では、この表面形状情報をテクスチ
ャ情報としてもつ。表面形状情報としては、例えば法線
ベクトルの偏位を考えることができる。そしてポリゴン
毎に与えられた法線ベクトルに、各ドット毎に求められ
た法線ベクトルの偏位を加えて、各ドット毎の法線ベク
トルを求めている。この場合のドット毎の法線ベクトル
の偏位の演算は、前記の手法３と同様に行われる。これ
により、物体が回転等してもリアリティ溢れる画像合成
を行うことが可能となる。 ５．基本構成・基本概念 以上の手法１〜４の画像合成を実現するために、本発明
に係る画像合成装置は、図２（Ｂ）に示すような基本構
成となっている。以下、本画像合成装置の基本構成、基
本概念を図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

【００７８】さて、上記の手法の説明では、物体表面に
画像を形成するためのレンダリング情報としてカラー情
報、輝度情報、表面形状情報を例にとり説明した。しか
し、本画像合成装置はこれに限らずあらゆる種類のレン
ダリング情報を用いることができる。即ち、本画像合成
装置では、レンダリング情報として例えばカラー情報Ｃ
ＯＬ、輝度情報ＢＲＩ、表面形状情報ＳＳＰ、透明度情
報ＴＲＳ、拡散反射率情報Ｋｄ等を用いることができ
る。

【００７９】例えば、透明度情報ＴＲＳをレンダリング
情報として用いることにより、物体の一部分が透明から
半透明、半透明から透明へと変化するおぼろげな物体を
表現できる。また、拡散反射率情報Ｋｄをレンダリング
情報としてもちいることにより、部分により「つや」の
異なる物体を表現することが可能となる。

【００８０】図２（Ｂ）に示すように、本画像合成装置
では、表示座標演算部２にはポリゴンの各頂点の表示座
標ＶＸ、ＶＹ、ＶＺが入力される。そして、これらの各
頂点の表示座標ＶＸ、ＶＹ、ＶＺは、表示座標演算部２
において図２（Ａ）に示すように各頂点の透視変換表示
座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* 、ＶＺ^* に透視変換される。なお、
ここで「Ｖ」はポリゴンの頂点に対応して与えられた数
値であることを示す記号であり、「^* 」は透視変換演算
が施された数値であることを示す記号である。

【００８１】次に、表示座標演算部２は、この各頂点の
透視変換表示座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* 、ＶＺ^* を線形補間演
算することによりポリゴンを構成する各ドットの透視変
換表示座標Ｘ^* 、Ｙ^* 、Ｚ^* を求める。その後、これら
の透視変換表示座標を画像情報形成部９に出力する。な
お、以上の説明では、奥行きを表す座標Ｚを、表示座標
の１つとして、表示座標演算部２において演算処理する
ものとして取り扱った。しかし、この座標Ｚは、レンダ
リング情報の一つとして、後述する表面情報演算部４に
おいて演算処理するものとして取り扱うこともできる。

【００８２】さて、まず表面情報演算部４で演算する表
面情報として、レンダリング情報を直接用いた場合につ
いて説明する。

【００８３】この場合には、表面情報演算部４には、各
頂点のカラー情報ＶＣＯＬ、輝度情報ＶＢＲＩ、表面形
状情報ＶＳＳＰ、透明度情報ＶＴＲＳ、拡散反射率情報
ＶＫｄが入力される。表面情報演算部４は、これらの各
頂点のレンダリング情報を透視変換して、ＶＣＯＬ^* 、
ＶＢＲＩ^* 、ＶＳＳＰ^* 、ＶＴＲＳ^* 、ＶＫｄ^* を演算
する。次に、これらの各頂点の透視変換レンダリング情
報を線形補間演算することにより、ポリゴンを構成する
各ドットにおける透視変換レンダリング情報ＣＯＬ^* 、
ＢＲＩ^* 、Ｎ^* 、ＴＲＳ^* 、Ｋｄ^* が求められる。その
後、これらの透視変換レンダリング情報を逆透視変換し
てレンダリング情報ＣＯＬ、ＢＲＩ、Ｎ、ＴＲＳ、Ｋｄ
が求められ、画像情報形成部９に出力される。

【００８４】最後に、画像情報形成部９において、前記
の透視変換表示座標とレンダリング情報とにより所望の
画像情報が形成され、疑似３次元画像が画像出力され
る。

【００８５】次に、表面情報演算部４で演算する表面情
報として、テクスチャ座標ＴX 、ＴY を用いた場合につ
いて説明する。この場合、本画像合成装置は、図２
（Ｂ）に示すように、レンダリング情報記憶部６、関数
演算部８を含んだ構成となる。

【００８６】このレンダリング情報記憶部６には、テク
スチャ座標ＴX 、ＴY により指定されるアドレスに所定
のレンダリング情報が記憶されている。このレンダリン
グ情報としては、前記したようにカラー情報、輝度情
報、表面形状情報、透明度情報、拡散反射率情報等を用
いることができる。そして、テクスチャ座標ＴX 、ＴY
を指定することによりこれらの画像情報を読み出すこと
ができることになる。

【００８７】また、関数演算部８は、テクスチャ座標Ｔ
X 、ＴY に対してあらかじめ定められた関数演算を行う
ことができる論理演算回路等で構成される。これによ
り、ＴX 、ＴY に対応して所望のレンダリング情報を出
力することができる。

【００８８】これらのレンダリング情報記憶部６、関数
演算部８を用いて画像合成を行う場合は、表面情報演算
部４には図２（Ｂ）に示すように各頂点のテクスチャ座
標ＶＴX 、ＶＴY が入力される。表面情報演算部４で
は、これらの各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY に
対して前記の透視変換、線形補間演算、逆透視変換の各
種の演算処理が行われる。そして、演算結果であるポリ
ゴンの各ドットにおけるテクスチャ座標ＴX 、ＴY がレ
ンダリング情報記憶部６、関数演算部８に入力される。
レンダリング情報記憶部６、関数演算部８は、これらの
テクスチャ座標ＴX 、ＴY により所望のレンダリング情
報を画像情報形成部９に対して出力することになる。

【００８９】本画像合成装置では、このように演算処理
を行うことにより遠近感、直線性を損なうことのない高
品質の画像を合成することができる。更に、カラー情
報、輝度情報、表面形状情報等の複数種類のレンダリン
グ情報を、同一のハードウェアを用いて同時に演算処理
することができる。従って、ＬＳＩの単一品種化がで
き、制御回路等を共通化できること等により、ハードウ
ェアのコスト等を大幅に軽減することが可能となる。 Ｂ．第１の実施例 １．第１の実施例の概要 図１には本発明に係る画像合成装置の第１の実施例のブ
ロック図が示される。

【００９０】本第１の実施例では、レンダリング情報記
憶部に対応してテクスチャ情報記憶部４２が設けられ
る。レンダリング情報のうちカラー情報ＣＯＬは、テク
スチャ座標ＴX 、ＴY をアドレスとして、このテクスチ
ャ情報記憶部４２に記憶されている。そして、カラー情
報ＣＯＬは、表面情報演算部により演算されたテクスチ
ャ座標により、対応するカラー情報をテクスチャ情報記
憶部４２から読み出すことにより形成される。一方、レ
ンダリング情報のうち輝度情報ＢＲＩは、表面情報演算
部により直接演算される。

【００９１】ポリゴンの各頂点の表示座標ＶＸ、ＶＹ、
ＶＺに対する透視変換は透視変換部２０において行われ
る。そして、これらの各頂点の透視変換表示座標Ｖ
Ｘ^* 、ＶＹ^* を用いた線形補間演算は、メインプロセッ
サ３２において行われる。これにより透視変換表示座標
Ｘ^* 、Ｙ^* が求められ、フィールドバッファ部４０のア
ドレスを指定することになる。

【００９２】各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY 、
輝度情報ＶＢＲＩに対する透視変換、線形補間演算、逆
透視変換の各種演算処理はコプロセッサ３４において行
われる。各頂点の透視変換表示座標の１つであるＶＺ^*
は、これらの演算処理を行うために用いられることにな
る。 (1) 構成の概要 本第１の実施例の画像合成装置は、図１に示すように、
操作部１２、ゲーム空間演算部１３、画像合成部１、Ｃ
ＲＴ４６を含んで構成される。また、画像合成部１は、
画像供給部１０、画像形成部２８を含んで構成される。
なお、以下の説明では、本画像合成装置を３次元ゲーム
に適用した場合を例にとり説明する。

【００９３】ゲーム空間演算部１３では、中央処理部１
４内に格納されたゲームプログラムと、操作部１２から
の操作信号とによりゲーム空間の設定が行われる。具体
的には、ゲーム空間を構成する３次元オブジェクト（例
えば、敵飛行機、山、ビル等）の位置・方向情報、プレ
ーヤの位置・視野方向情報等により構成されるゲーム空
間設定情報が演算され、画像合成部１内の画像供給部１
０へと出力される。

【００９４】画像供給部１０では、前記のゲーム空間設
定情報にしたがって、所定の演算処理が行われる。即
ち、まず処理部１５は、ゲーム空間に配置すべき３次元
オブジェクトの３次元画像情報を３次元画像情報記憶部
１６より読み出す。次に、処理部１５は、この３次元画
像情報に位置・方向情報を含ませて座標変換部１８へと
出力する。その後、座標変換部１８において絶対座標系
から視点座標系へと座標変換が行われる。次にクリッピ
ング処理部１９、透視変換部２０、ソーティング処理部
２２において、それぞれクリッピング処理、透視変換、
ソーティング処理が行われる。そして、処理が終了した
ポリゴンの頂点の画像情報は、画像形成部２８へと出力
される。

【００９５】この場合、画像供給部１０からは、透視変
換されたポリゴンの各頂点の表示座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* 、
ＶＺ^* 、ポリゴンの各頂点に対応したテクスチャ座標Ｖ
ＴX、ＶＴY 及び輝度情報ＶＢＲＩが出力される。ま
た、アトリビュートデータ、即ちポリゴン内の全てのド
ットに共通する画像情報であるパレットナンバーＰＡＬ
等も出力される。

【００９６】なお、ここで各頂点のテクスチャ座標ＶＴ
X 、ＶＴY とは、ポリゴンにはり付けるテクスチャ情報
（レンダリング情報）のアドレスを指定するものであ
る。具体的にいえば、図１のテクスチャ情報記憶部４２
のアドレスを指定するものである。テクスチャ情報記憶
部４２により構成されるテクスチャ記憶平面は、後述す
るように図２２に示すような構造となっている。このテ
クスチャ記憶平面には、ポリゴンにはり付けるべきテク
スチャ情報があらかじめ記憶されている。ここでのテク
スチャ情報は、本第１の実施例においてはカラー情報に
限定されているため、前述した図４０のテクスチャ３３
６、３３８に示される画像情報であり、例えば模様、絵
画、写真などの画像情報である。本第１の実施例におい
ては、このテクスチャ情報をテクスチャ座標により読み
出して、読み出されたテクスチャ情報をポリゴンの各ド
ットに対応づけることでテクスチャマッピングを行なっ
ている。そして、本第１の実施例では、このテクスチャ
情報のポリゴンの各ドットへの対応づけを、ポリゴンの
各頂点に対応するテクスチャ座標のみを指定して、これ
を行っている。頂点以外の他のドットへの対応づけは、
各頂点のテクスチャ座標を補間して他のドットに対応づ
けられるべきテクスチャ座標を求め、この補間されたテ
クスチャ座標によりテクスチャ情報を読み出すことによ
って行えるからである。

【００９７】なお、ソーティング処理部２２では、ポリ
ゴンの各頂点の画像情報の出力順序を、所定の優先度情
報にしたがって並び換える演算処理が行われている。具
体的には、ソーティング処理部２２からは、表示画面に
対してより手前にあるポリゴンの画像情報から順に出力
されることになる。従って、画像形成部２８での演算処
理は、より手前にあるポリゴンから順に行われることと
なる。

【００９８】画像形成部２８は、プロセッサ部３０、終
了フラッグ記憶部３６、処理ドット指示部３７、アトリ
ビュートＲＡＭ部３８、フィールドバッファ部４０、テ
クスチャ情報記憶部４２、パレット＆ミキサ回路４４を
含んで構成される。

【００９９】プロセッサ部３０は、メインプロセッサ３
２、コプロセッサ３４を含んで構成される。メインプロ
セッサ３２には、前記優先順位に従って、各頂点の透視
変換表示座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* が入力される。また、コプ
ロセッサ３４には、各頂点の透視変換表示座標ＶＺ^* 、
各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY 及び各頂点の輝
度情報ＶＢＲＩが入力される。なお、各ポリゴンに共通
のアトリビュートデータは、アトリビュートＲＡＭ部３
８に入力される。

【０１００】メインプロセッサ３２では、各頂点の透視
変換表示座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* を線形補間演算することに
より、ポリゴンを構成する全てのドットの透視変換表示
座標Ｘ^* 、Ｙ^* が演算される。

【０１０１】コプロセッサ３４では、各頂点の透視変換
表示座標ＶＺ^* は線形補間され、各頂点のテクスチャ座
標ＶＴX 、ＶＴY 及び各頂点の輝度情報ＶＢＲＩは、透
視変換され、その後線形補間演算されることにより、そ
れぞれ、透視変換表示座標Ｚ^* 、透視変換テクスチャ座
標ＴX ^* 、ＴY ^* 及び透視変換輝度情報ＢＲＩ^* が演算
される。この場合の演算は、メインプロセッサ３２での
演算結果を利用しながら行われる。

【０１０２】次に、透視変換テクスチャ座標ＴX ^* 、Ｔ
Y ^* 、透視変換輝度情報ＢＲＩ^* は、透視変換表示座標
Ｚ^* を利用して、テクスチャ座標ＴX 、ＴY 、輝度情報
ＢＲＩに逆透視変換され、コプロセッサ３４より出力さ
れる。このように逆透視変換するのは、テクスチャ情報
記憶部４２からテクスチャ情報を読み出すには、透視変
換されていないテクスチャ座標が必要とされるからであ
る。

【０１０３】なお、メインプロセッサ３２には処理ドッ
ト指示部３７が接続され、処理ドット指示部３７には終
了フラッグ記憶部３６が接続されている。これらの処理
ドット指示部３７、終了フラッグ記憶部３６は、既に演
算処理が終了して塗りつぶしてしまったドットの演算処
理を省略するために用いられるものである。即ち、本第
１の実施例においては、画像の描画はポリゴン毎に行わ
れ、手前のポリゴンよりこの描画処理が行われる。従っ
て、既に描画が終了して塗りつぶされてしまったドット
についての演算処理は、次のフィールドの描画まで行う
必要がない。そこで、この演算処理を省略することによ
り、演算回数を大幅に減らすことができ、ハードウェア
の負担を軽くすることができる。

【０１０４】終了フラッグ記憶部３６で構成される記憶
平面は表示画面のドットに１対１に対応しており、各ド
ットに対して例えば１ビット単位で終了フラッグと呼ば
れるデータが記憶される構造となっている。この終了フ
ラッグは、各ドットの演算処理が終了したか否かを表示
するために使用されるフラッグである。即ち、演算処理
が終了したドットについては、例えば" １" が処理ドッ
ト指示部３７により書き込まれる。処理ドット指示部３
７は、この終了フラッグを常にモニターしている。そし
て、処理ドット指示部３７は、メインプロセッサ３２に
対して、この終了フラッグが“１”となっているドット
についての演算処理を行わないよう指示している。これ
により、既に塗りつぶされた領域につていのポリゴンの
演算処理をその後行う必要がなくなり、処理速度の大幅
な高速化が図れることとなる。

【０１０５】フィールドバッファ部４０内には、ＣＲＴ
４６の表示スクリーンの各ドットに１対１に対応する記
憶領域で構成されるビデオＲＡＭが内蔵されている。そ
して、コプロセッサ３４で演算されたテクスチャ座標Ｔ
X 、ＴY 、輝度情報ＢＲＩは、メインプロセッサ３２で
演算された透視変換表示座標Ｘ^* 、Ｙ^* をアドレスとし
て、このビデオＲＡＭの各記憶領域に記憶される。ビデ
オＲＡＭは２画面分のバンクを持ち、書き込みと並行し
た読み出しを可能としている。

【０１０６】ビデオＲＡＭの読み出しは画像表示に同期
して行われ、フィールドバッファ部４０から、テクスチ
ャ座標ＴX 、ＴY がテクスチャ情報記憶部４２へ、輝度
情報ＢＲＩがパレット＆ミキサ回路４４へ出力される。

【０１０７】なお、フィールドバッファ部４０内には、
ポリゴン識別番号発生器が内蔵されており、この発生器
より出力されたポリゴン識別番号ＰＮも、前記したビデ
オＲＡＭの各記憶領域に記憶される。そしてフィールド
バッファ部４０からＴX 、ＴY 、ＢＲＩが出力されるの
に同期して、このポリゴン識別番号ＰＮもアトリビュー
トＲＡＭ部３８に出力される。アトリビュートＲＡＭ部
３８は、このポリゴン識別番号ＰＮにしたがって、各ポ
リゴンに共通のアトリビュートデータ例えばパレットナ
ンバー等をパレット＆ミキサ回路４４に出力することと
なる。

【０１０８】テクスチャ情報記憶部４２内には、記憶手
段例えばＥＥＰＲＯＭが内蔵され、このＥＥＰＲＯＭの
各ビットには、あらかじめカラー情報としてカラーコー
ドＣＯＬが記憶されている。そして、フィールドバッフ
ァ部４０から入力されたテクスチャ座標ＴX 、ＴY をア
ドレスとして、このカラーコードＣＯＬがＥＥＰＲＯＭ
から読み出され、パレット＆ミキサ回路４４に出力され
る。

【０１０９】パレット＆ミキサ回路４４では、入力され
る各ドットに対応したカラーコード及び輝度情報、ま
た、各ポリゴンに対応したパレットナンバー等のアトリ
ビュートデータにより、各ドットのＲＧＢデータが形成
される。そして、ガンマ補正、即ちＣＲＴの輝度の線形
化を行った後、ＣＲＴ４６に出力され、画像表示が行わ
れる。 (2) 動作及び演算手法の概要 本第１の実施例は以上の構成からなり、次にその作用及
び演算手法の概要について説明する。

【０１１０】図９には、本第１の実施例の画像合成装置
の動作を示すフローチャートが示される。また、図１０
（Ａ）〜（Ｋ）には、このフローチャートのフロー１１
００，１２００及び１３００で実行される演算手法が視
覚的に示されている。

【０１１１】実施例の画像合成装置では、画像供給部１
０及びソーティング処理部２２において、図９に示すフ
ロー１０００に示す動作が実行される。そして、ソーテ
ィング処理部２２からは、各ポリゴン毎にポリゴンデー
タが出力される。このとき、各ポリゴンには予め優先順
位が与えられており、ソーティング処理部２２からは、
優先順位にしたがって、各ポリゴンのデータが出力され
る。このとき出力される各ポリゴンのポリゴンデータ
は、各ポリゴンの各頂点の透視変換表示座標、各頂点の
テクスチャ座標を含む。

【０１１２】このときソーティング処理部２２から出力
される各ポリゴンの各頂点の透視変換表示座標ＶＸ^* ，
ＶＹ^* はメインプロセッサ３２へ入力され、ここでフロ
ー１１００に従った演算が実行される。即ち、左右輪郭
点が演算され、左右輪郭点に囲まれた走査線上における
各ドットの透視変換表示座標Ｘ^* 、Ｙ^* が演算され、ポ
リゴンを構成する全てのドットについての演算が終了す
るまで上記演算が繰り返される。そして、このようにし
て演算された各ドットの透視変換表示座標Ｘ^*，Ｙ
^* は、フィールドバッファ４０への書き込みアドレスと
して出力される。そして、この書き込みアドレスで指定
されたフィールドバッファ部４０内には、ポリゴン識別
番号ＰＮがそのデータの１つとして書き込まれる。

【０１１３】また、このフロー１１００に示す動作と並
行して、コプロセッサ３４により、フロー１２００，１
３００に示す動作が実行される。

【０１１４】すなわち、ソーティング処理部２２からポ
リゴンの各頂点のテクスチャ座標ＶＴX ，ＶＴY と、各
頂点の透視変換表示座標ＶＺ^* と後述する各頂点の輝度
情報とが入力される。

【０１１５】そして、コプロセッサ３４では、フロー１
２００に従って、各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴ
Y から各頂点の透視変換テクスチャ座標ＶＴX ^* ，ＶＴ
Y ^*が求められる。次に、このＶＴX ^* ，ＶＴY ^* から
左右輪郭点が演算され、この左右輪郭点に挾まれる走査
線上の各ドット毎の透視変換テクスチャ座標ＴX ^* ，Ｔ
Y ^* が演算され、ポリゴンを構成する全てのドットにつ
いての演算が終了するまで上記演算が繰り返される。

【０１１６】このような演算と並行して、コプロセッサ
３４では、フロー１３００の演算動作が行われ、ポリゴ
ンの透視変換表示座標Ｚ^* の演算が対応する各ドット毎
に行われる。

【０１１７】そして、フロー１２００のステップ３４に
おいて、各ドット毎に求めた透視変換テクスチャ座標Ｔ
X ^* ，ＴY ^* を、透視変換表示座標Ｚ^* を用い、逆透視
変換し、テクスチャ座標ＴX ，ＴY として出力する。こ
の様に出力されたテクスチャ座標ＴX ，ＴY は、前記フ
ロー１１００のステップ２３で出力されるフィールドバ
ッファ部４０の書き込みアドレス位置へ書き込まれるこ
とになる。

【０１１８】このようにして、フィールドバッファ部４
０には、フロー１１００で指定されたアドレス位置、す
なわちポリゴンを構成する各ドットのアドレス位置に、
当該アドレスに対応したテクスチャ座標ＴX ，ＴY とポ
リゴン識別番号ＰＮが書き込まれることになる。

【０１１９】また、このような書き込み動作と並行し
て、フロー１５００の動作に従い、アトリビュートＲＡ
Ｍ部３８にはソーティング処理部２２から出力される各
ポリゴンのアトリビュートデータが順次記憶される。

【０１２０】このような一連の動作を、ソーティング処
理部２２から各ポリゴンのポリゴンデータが出力される
毎に繰り返して行い、フィールドバッファ４０及びアト
リビュートＲＡＭ３８へのデータの書き込みが繰り返し
て行われる。

【０１２１】このようにして、一画面分のデータの書き
込みが終了すると、次にフィールドバッファ部４０，ア
トリビュートＲＡＭ部３８からのデータの読み出しが開
始される。但し、本第１の実施例においては、フィール
ドバッファ部４０及びアトリビュートＲＡＭ部３８にお
ける画像情報の記憶空間は、２画面分を記憶できるよう
に構成されている。従って、実際には、この書き込みと
読み出しは同時に行われており、これにより、演算処理
時間の効率化が図られている。

【０１２２】まず、フィールドバッファ部４０からは、
例えばディスプレイの水平走査に同期して、各ドット毎
に書き込まれたテクスチャ座標ＴX ，ＴY が読出しアド
レスとしてテクスチャ情報記憶部４２へ向け出力され
る。そして、これと共に、ポリゴン識別番号ＰＮが読出
しアドレスとして、アトリビュートＲＡＭ部３８へ向け
出力される。

【０１２３】これにより、テクスチャ情報記憶部４２か
らは、当該アドレスに指定されていカラーコードがパレ
ット＆ミキサ回路４４へ向け出力され、さらにアトリビ
ュートＲＡＭ部３８からは、ポリゴン識別番号ＰＮに対
応したアトリビュートデータがパレット＆ミキサ回路４
４に向け出力される。これにより、パレット＆ミキサ回
路４４では、カラー情報、例えばＲＧＢ出力がＣＲＴ４
６へ出力され、所望の疑似三次元画像が合成表示される
ことになる。

【０１２４】図１０（Ａ）〜（Ｋ）には、以上の演算処
理のうち、図９のフローチャートのフロー１１００，１
２００及び１３００で実行される演算処理が視覚的に示
されている。

【０１２５】図１０（Ａ）において、多面体４８の頂点
例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対して、ＶＴa 、ＶＴb 、ＶＴ
c 、ＶＴd が対応づけられている。このＶＴa 〜ＶＴd
は、頂点Ａ〜Ｄにより形成されるポリゴンにはり付ける
テクスチャ情報のアドレスを指定するものである。即
ち、具体的にいえば、テクスチャ情報記憶部４２内の記
憶手段例えばＥＥＰＲＯＭ等に記憶されているテクスチ
ャ情報を読み出すためのアドレスを指定するテクスチャ
座標である。また、多面体４８の頂点Ａ〜Ｄに対して、
表示座標Ａ〜Ｄが対応づけられている。Ａ〜Ｄのそれぞ
れはＸ、Ｙ、Ｚの各座標成分を持ち、ＶＴa 〜ＶＴd の
それぞれはＴX 、ＴY の各座標成分を持つが、ここでは
簡単のため、各々単一の記号で表わす。

【０１２６】図１０（Ｂ）、（Ｆ）において、この各頂
点の表示座標Ａ〜Ｄ、各頂点のテクスチャ座標ＶＴa 〜
ＶＴd は、各頂点の透視変換表示座標Ａ^* 〜Ｄ^* 、各頂
点の透視変換テクスチャ座標ＶＴa ^* 〜ＶＴd ^* に透視
変換される。これにより、ＸＹ座標系のみならず、Ｔx
、ＴY 座標系も透視変換されることとなり、各座標系
間の線形性が保たれることとなる。

【０１２７】次に、図１０（Ｃ）、（Ｇ）に示すよう
に、各頂点の透視変換表示座標Ａ^* 〜Ｄ^* 、及び、各頂
点の透視変換テクスチャ座標ＶＴa ^* 〜ＶＴd ^* により
形成されるポリゴンの輪郭点が線形補間演算される。即
ち、図１０（Ｄ）、（Ｈ）における左右輪郭点座標
Ｌ^* 、Ｒ^* 、及び、左右輪郭点テクスチャ座標Ｔl ^* 、
Ｔr^* の線形補間演算が行われる。

【０１２８】次に、図１０（Ｄ）、（Ｈ）に示すよう
に、前記左右輪郭点座標Ｌ^* 、Ｒ^* 、及び、左右輪郭点
テクスチャ座標Ｔl ^* 、Ｔr ^* により、これらの左右輪
郭点を結ぶ走査線上の各ドットの座標が線形補間演算さ
れる。

【０１２９】上記した、図１０（Ｃ）、（Ｇ）及び
（Ｄ）、（Ｈ）の演算処理は順次繰り返され、最終的に
は、図１０（Ｅ）、（Ｉ）に示すように、ポリゴンを構
成する全てのドットの透視変換表示座標Ｘ^* 、Ｙ^* 及び
透視変換テクスチャ座標Ｔx ^* 、ＴY ^* の線形補間演算
が行われる。

【０１３０】次に、図１０（Ｊ）に示すように、透視変
換テクスチャ座標ＴX ^* 、ＴY ^* を、テクスチャ座標Ｔ
X 、ＴY に逆透視変換し、このテクスチャ座標ＴX 、Ｔ
Y を用いて、前記したテクスチャ情報記憶部４２からカ
ラーコードが読み出される。

【０１３１】以上のようにして、読み出されたカラーコ
ードを、透視変換表示座標Ｘ^* 、Ｙ^* に対応させる。こ
れにより、図１０（Ｋ）に示すように、スクリーン上に
画像が合成され、遠近感、直線性が損なわれないテクス
チャマッピングが可能となる。

【０１３２】図１１には、このようにして合成された疑
似３次元画像の一例が示される。図１１に示すように例
えば家５９４、遠くに見える道５９２、煉瓦道５９７等
において所望のテクスチャマッピングが行われている。
これにより、ポリゴンの表面を単一色で塗りつぶす場合
に比べて、非常にリアリティ溢れる画像表示が可能とな
っている。また、図１１に示すように煉瓦道５９７にお
いて、はり付けられたテクスチャの遠近感、直線性が損
なわれていない。このように本実施例の画像合成装置に
よれば、非常に高品質でリアリティ溢れる疑似３次元画
像の合成が可能となる。

【０１３３】なお、図１０には、透視変換表示座標Ｚ^*
及び輝度情報ＢＲＩの演算方法については示されていな
いが、両者の演算は、図１０におけるＴX 、ＴY の演算
方法とほぼ同様な演算方法により行われる。このよう
に、輝度情報の補間演算についても、ＴX 、ＴY と同様
の方法により行うことにより、前述したように、これら
の座標系間の関係を線形に保つことができ、よりリアリ
ティー溢れる画像を合成することが可能となる。

【０１３４】また、図１に示す実施例では、フィールド
バッファ部４０に、カラー情報ではなくテクスチャ座標
ＴX ，ＴY を書き込む構成としているが、本第１の実施
例はこれに限られるものではない。例えば、テクスチャ
情報記憶部４２をコプロセッサ３４とフィールドバッフ
ァ部４０との間に設け、テクスチャ情報記憶部４２から
出力されるカラー情報例えばカラーコードをフィールド
バッファ部４０へ直接書き込むような構成としてもよ
い。このようにしても、前記図１に示す実施例と同様に
して、良好な画像合成を行うことができる。 ２．具体例 次に本実施例の具体例を詳細に説明する。

【０１３５】なお、ここでは、ハードウェアの簡略化の
ため、ポリゴンは４角形のみに限定しているが、ポリゴ
ンの形状としては任意の形のものを使用できる。 (1) ゲーム空間演算部 ゲーム空間演算部１３は、仮想３次元空間におけるゲー
ム空間の設定を行うものである。

【０１３６】図１において、プレーヤからの操作信号は
操作部１２を介してゲーム空間演算部１３に入力され
る。図１２（Ａ）には、この３次元ゲーム装置により仮
想３次元空間内に形成されるゲーム空間の一例が示され
る。即ち、ゲーム空間演算部１３は、操作信号及び中央
処理部１４に記憶されたゲームプログラムにしたがっ
て、３次元オブジェクト、例えば地面５１９、山５２
０、ビル５２２、陣地５２４、敵機５３２及び自機５３
０等のゲームフィールド５４０上への配置を行う。そし
て、このように配置された３次元オブジェクトの位置情
報及び方向情報は、ゲーム空間設定情報として画像合成
部１へと出力される。画像合成部１は、このゲーム空間
設定情報に基づいて、プレーヤの視点位置から見える疑
似３次元画像を形成する。図１２（Ｂ）には、自機戦闘
機５３０から見える疑似３次元画像の一例が示される。 (2) 画像供給部 図１に示すように、画像供給部１０は、処理部１５、３
次元画像情報記憶部１６、座標変換部１８、クリッピン
グ処理部１９、透視変換部２０、ソーティング処理部２
２を含んで構成される。

【０１３７】処理部１５は、前記のゲーム空間設定情報
に基づいて３次元画像情報記憶部１６から、３次元オブ
ジェクトの実際の３次元画像情報を読み出す。この場
合、３次元オブジェクトの３次元画像情報は、ポリゴン
に分割して表現されており、ポリゴンの頂点情報及びそ
の付随データ等から構成されている。図１３には、この
ようにポリゴン３６２〜３６８に分割して表現された３
次元オブジェクトの一例が示される。

【０１３８】処理部１５は、読み出された３次元画像情
報に、ゲーム空間設定情報で設定される３次元オブジェ
クトの位置情報及び方向情報を含ませたデータを形成し
て座標変換部１８へと出力する。

【０１３９】座標変換部１８は、これらのデータに基づ
いて、この各頂点の表示座標等に対し所定の座標変換処
理を行っている。例えば戦闘機ゲームを例にとれば、図
１４に示すように、自機戦闘機、敵戦闘機、ビル、障害
物等を表す３次元オブジェクト３００、３３２、３３４
が、ワールド座標系（ＸW 、ＹW 、ＺW ）で表現される
仮想３次元空間上に配置される。その後、これらの３次
元オブジェクトを表す画像情報は、プレーヤ３０２の視
点を基準とした視点座標系（Ｘｖ、Ｙｖ、Ｚｖ）へと座
標変換される。

【０１４０】次に、クリッピング処理部１９にて、いわ
ゆるクリッピング処理と呼ばれる画像処理が行われる。
ここで、クリッピング処理とはプレーヤ３０２の視野外
にある画像情報を除去する画像処理をいう。即ち、クリ
ッピング処理部１９は、図１４において、前方・後方・
右側・下方・左側・上方のクリッピング面３４０、３４
２、３４４、３４６、３４８、３５０により囲まれた領
域（表示領域）の外にある画像情報を除去する画像処理
を行う。つまり、本装置によりその後の処理に必要とさ
れる画像情報は、プレーヤ３０２の視野内にある画像情
報のみである。従って、クリッピング処理によりこれ以
外の情報をあらかじめ除去すれば、その後の処理の負担
を大幅に減らすことができることとなる。

【０１４１】次に、透視変換部２０にて、表示領域内に
ある物体に対してのみ、スクリーン座標系（ＸS 、ＹS
）への透視変換が行われ、次段のソーティング処理部
２２へとデータが出力される。

【０１４２】図１５には、透視変換部２０からソーティ
ング処理部２２へと出力されるポリゴンデータの一例が
示される。

【０１４３】図１５において、Ｚ代表値は、ソーティン
グ処理部２２において行われるポリゴン処理の優先順位
決定のために使用されるものであり、具体的には、例え
ばポリゴンの各頂点の平均値等がＺ代表値として設定さ
れる。これによりスクリーンに近い順に、即ちＺ代表値
の小さい順に優先順位が決定され、この優先順位に従っ
てポリゴンの描画作業が行われることになる。なお、Ｚ
代表値は符号なしの２４ビットの整数データで表され、
２ワードに分解して出力される。

【０１４４】パレットナンバーＰＡＬは、パレットテー
ブルを指定するためのナンバーであり、最終出力である
パレット＆ミキサ回路４４でのパレット制御にて使用さ
れる。

【０１４５】カラーＺ値ＣＺは、奥行き変化による色変
化に対応するために用いられるものであり、これも最終
出力であるパレット＆ミキサ回路４４でのパレット制御
にて使用される。

【０１４６】各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY
は、ポリゴンの各頂点に対応して与えられるテクスチャ
座標であり、各頂点につきそれぞれ１ワード、本第１の
実施例においては各ポリゴンにつきそれぞれ４ワードの
データとなっている。このＶＴX 、ＶＴY の指定によ
り、ポリゴンにはり付けるべきテクスチャが決定される
ことになる。なお、ＶＴY については、上位４ビット
は、テクスチャ情報記憶部４２のブロックナンバーを設
定するために使用されるものである。

【０１４７】各頂点の透視変換表示座標ＶＸ^* （＝Ｘ×
ｈ／Ｚ）、ＶＹ^* （＝Ｙ×ｈ／Ｚ）は、ポリゴンの各頂
点の透視変換後の表示座標を表すものである。

【０１４８】各頂点の輝度情報ＶＢＲＩは、ポリゴンの
各頂点における輝度情報をあたえるものであり、これも
４ワード構成となっている。

【０１４９】各頂点の透視変換表示座標ＶＺ^* （＝ｈ／
Ｚ）は、ポリゴンの各頂点の透視変換後の表示Ｚ座標を
表すものであり、６ビットの指数部と、１５ビットの仮
数部により表される。なお、Ｚ座標の透視変換は、Ｘ、
Ｙ座標についての透視変換とは異なり、Ｚ座標に（ｈ／
Ｚ）因子を乗算するのではなく、（ｈ／Ｚ）因子そのも
のを透視変換後の座標値としてこれを求めている。この
ように演算しても、透視変換後の、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標間で
の線形な関係は保たれるからである。

【０１５０】以上の、ポリゴンデータは、画像供給部１
０より、ソーティング処理部２２に出力される。 (3) ソーティング処理部 図１６に、ソーティング処理部２２、プロセッサ部３
０、アトリビュートＲＡＭ部３８、フィールドバッファ
部４０、テクスチャ情報記憶部４２を含んで構成される
本第１の実施例の具体的な構成を示す。

【０１５１】ソーティング処理部２２は、図１６に示す
ように、ソーティング制御回路５０、ソーティングＲＡ
Ｍ５２、データＲＡＭ６０を含み、ポリゴン処理の優先
順位の決定を行うとともに、画像供給部１０とその後の
画像合成部との間でのコミニュケーションＲＡＭとして
も機能する。即ち、ソーティングＲＡＭ５２が主に優先
順位決定用の作業エリアとして機能し、データＲＡＭ６
０がコミニュケーションＲＡＭとし機能する。そして、
ソーティング制御回路５０は、主にこれらの処理の制御
を行っている。

【０１５２】データＲＡＭ６０は、入力エリアデータＲ
ＡＭ５４と、ソーティングエリアデータＲＡＭ５６と、
出力エリアデータＲＡＭ５８とを含む。画像供給部１０
からの前記したポリゴンデータは、順次この入力エリア
データＲＡＭ５４に蓄えられていく。そして、１フィー
ルド（１／６０秒）毎に、データＲＡＭ６０への全ての
入出力信号が切り替えられ、入力エリアデータＲＡＭは
ソーティングエリアデータＲＡＭに、ソーティングエリ
アデータＲＡＭは出力エリアデータＲＡＭに変わる。従
って入力エリアデータＲＡＭに書き込まれたポリゴンデ
ータは２フィールド後には出力エリアデータＲＡＭ中に
存在することになる。

【０１５３】ソーティングＲＡＭ５２の内部は、ソーテ
ィング作業用エリアとソート済みインデックスエリアの
２つのエリアに分かれており、実際のソーティング作業
は、このソーティング作業エリアにおいて行われる。ソ
ーティング作業は１フィールド以内に終了し、１フィー
ルド毎にエリアの切り替えが行われる。そして、ソーテ
ィング制御回路５０は、ソート済みインデックスエリア
のデータにしたがって、Ｚ代表値の小さい順（優先順位
の高い順）に、出力エリアデータＲＡＭ５８より、ポリ
ゴンデータを順次出力する。これにより、以下のポリゴ
ンの処理は、すべてこの優先順位に従って行われること
となる。 (4) プロセッサ部 プロセッサ部３０は、メインプロセッサ３２、コプロセ
ッサ３４を含む。メインプロセッサ３２は、制御回路７
０及び除算器７２を含み、主に透視変換表示座標Ｘ^* 、
Ｙ^* の演算と、プロセッサ部３０全体の制御を行ってい
る。コプロセッサ３４は、積和演算器７４、７６、７
８、８０と除算器８２、８４、８６とを含み、主に透視
変換表示座標Ｚ^* 、読み出し用テクスチャ座標ＴX 、Ｔ
Y 、及び、輝度情報ＢＲＩの演算を制御回路７０の指示
に従って行っている。

【０１５４】以下、プロセッサ部３０における演算処理
の詳細について、図１７〜１９を用いて説明する。ここ
で、図１７には各演算処理の流れが示され、図１８
（Ａ）〜（Ｃ）には、輪郭及び輪郭点についての演算処
理が図示され、図１９（Ａ）〜（Ｂ）には、走査線及び
各ドットについての演算処理が図示される。

【０１５５】なお、輝度情報ＢＲＩについての演算処理
は、テクスチャ座標ＴX 、ＴY についての演算処理とほ
ぼ同様の処理によって行われるため、図１７〜１９にお
いては、これを省略している。 頂点の演算（図１７） まず、制御回路７０に、ソーティング処理部２２から優
先順位に従ってポリゴンデータが入力される。制御回路
７０は、ポリゴンデータの内、各頂点の透視変換表示座
標ＶＸ^* 、ＶＹ^* のみを読み込み、その他のデータを、
コプロセッサ３４及びアトリビュートＲＡＭ部３８に、
読み込むように指示を与える。即ち、各頂点のテクスチ
ャ座標ＶＴX 、ＶＴY 、輝度情報ＶＢＲＩ及び透視変換
表示座標Ｚ^* は、コプロセッサ３４に読み込まれ、パレ
ットナンバーＰＡＬ、カラーＺ値ＣＺ等のアトリビュー
トデータはアトリビュートＲＡＭ部３８に読み込まれ、
内部の記憶手段に記憶される。

【０１５６】制御回路７０では、読み込まれた各頂点の
透視変換表示座標ＶＸ^* 、ＶＹ^* から、Ｙ座標を基準に
画面上で一番上にある座標（図１８（Ａ）におけるＡ^*
点の座標）が検出され、内部レジスタに記憶される。

【０１５７】また、積和演算器７６、７８、８０では、
各頂点のテクスチャ座標ＶＴX 、ＶＴY 、輝度情報ＶＢ
ＲＩの透視変換が行われ、内部レジスタに記憶される。
この場合、この透視変換は、図１７〓に示すように、各
頂点の透視変換表示座標ＶＺ^* （＝ｈ／ＶＺ）を乗算す
ることによって以下のようにして演算される。

【０１５８】ＶＴX ^* ＝ＶＴX ×ＶＺ^* ＶＴY ^* ＝ＶＴY ×ＶＺ^* ＶＢＲＩ^* ＝ＶＢＲＩ×ＶＺ^* そして、内部レジスタに空きが生じたら、直ちに次のポ
リゴンデータがソーティング処理部２２から入力され、
前記頂点の演算が繰り返される。このように本第１の実
施例では、演算前及び演算後のデータが内部レジスタに
一時的に記憶される構造となっており、これによりパイ
プライン動作が可能となっている。 輪郭線の計算（図１７） 制御回路７０では、まず、頂点Ａ^* を始点、頂点Ｂ^* を
終点として、各座標値の両点間の差が求められる。即
ち、図１８（Ｂ）に示されるように、以下の演算が行わ
れる。

【０１５９】ΔＸ^* ＝Ｘb ^* −Ｘa ^* ΔＹ^* ＝Ｙb ^* −Ｙa ^* 制御回路７０は、上記の演算をすると同時に、積和演算
器７４〜８０に対して、図１８（Ｂ）、（Ｃ）に示すよ
うに、以下の演算処理を行うように指示する。 ΔＺ^* ＝Ｚb ^* −Ｚa ^* ΔＴX ^* ＝ＴXb^* −ＴXa^* ΔＴY ^* ＝ＴYb^* −ＴYa^* ΔＢＲＩ^* ＝ＢＲＩb ^* −ＢＲＩa ^* 以上の演算が終了すると、制御回路７０、積和演算器７
４〜８０では、始点及び終点を更新し、辺Ｂ^* Ｃ^* 、Ｃ
^* Ｄ^* 、Ｄ^* Ａ^* に対して、上記と全く同様の演算処理
を行い、全輪郭線の演算を完了する。

【０１６０】以上の演算結果は全て内部のレジスタに記
憶され、次に述べる輪郭点の演算に用いられることとな
る。 輪郭点の演算（図１７） まず、左輪郭の第１辺Ａ^* Ｂ^* が選択され、左輪郭点Ｐ
m ^* （Ｘm ^* 、Ｙm ^*、Ｚm ^* ）、Ｔm ^* （ＴXm^* 、ＴY
m^* ）、ＢＲＩm ^* の演算が行われる。この左輪郭点の
演算は、Ｙm ^* を基準にしてを行われる。即ちＹm ^* の
座標値をＹa ^*より順次変化させ、他の座標値はこれを
線形補間することにより求めてゆく。

【０１６１】まず、制御回路７０及び除算器７２にて、
左輪郭点の係数Ｍが以下のように演算される。

【０１６２】Ｍ＝（Ｙm ^* −Ｙa ^* ）／ΔＹ^* この係数Ｍは、図１８（Ｂ）における３角形Ａ^* Ｂ^* Ｏ
^* と３角形Ａ^* Ｐ^* Ｑ^* との相似比に当たるものであ
り、Ｙ座標を基準に演算される。また、この係数Ｍは、
制御回路７０より積和演算器７４〜８０に出力される。

【０１６３】次に、左輪郭点のＸ座標Ｘm ^* が、この係
数Ｍにより図１８（Ｂ）における３角形の相似関係を利
用して以下のように演算される。

【０１６４】Ｘm ^* ＝Ｘa ^* ＋Ｍ×ΔＸ^* 係数Ｍを受け取った、積和演算器７４〜８０では、Ｚ座
標Ｚm ^* 、左輪郭点に対応するテクスチャ座標ＴXm^* 、
ＴYm^* 及び輝度情報ＢＲＩm ^* が、係数Ｍにより、図１
８（Ｂ）、（Ｃ）における３角形の相似関係を利用して
以下のように演算される。

【０１６５】Ｚm ^* ＝Ｚa ^* ＋Ｍ×ΔＺ^* ＴXm^* ＝ＴXa^* ＋Ｍ×ΔＴX ^* ＴYm^* ＝ＴYa^* ＋Ｍ×ΔＴY ^* ＢＲＩm ^* ＝ＢＲＩa ^* ＋Ｍ×ΔＢＲＩ^* なお、上記演算は、Ｙm ^* を基準に行われるため、Ｙm
^* については、上記演算を行われず、そのまま左輪郭点
の座標となる。

【０１６６】左輪郭点の演算と並行して、上記と全く同
様の方法にて、右輪郭点の演算が行われる。具体的に
は、同一の演算回路が時分割動作しており、あるＹm ^*
の値について、まず左輪郭点、次に右輪郭点の演算が行
われる。

【０１６７】以上の演算結果は左右輪郭点対のデータと
して内部レジスタに記憶される。内部レジスタに空きが
あれば、次の輪郭点対の演算が行われる。即ち、Ｙ^* を
走査線間隔だけ増加させて、上記の演算を繰り返すこと
になる。

【０１６８】Ｙ^* が終点のＹ^* （＝Ｙb ^* ）の座標と一
致したならば、着目する辺Ａ^* Ｂ^*を例えば辺Ｂ^* Ｃ^*
に更新して、前記処理を続行する。但し、ΔＹ^* ＝０の
場合は、直ちに辺の再更新を行う。

【０１６９】左右の着目する辺が接したならば、その点
がポリゴンの最下端（Ｃ^* ）となる。そして、左右輪郭
点がこの最下端に到達すると、ひとつのポリゴンの処理
が終了することとなる。 走査線の演算（図１７） 次に、上記のようにして求められた左右輪郭点より、走
査線、即ち、左右輪郭点の差が求められる。

【０１７０】ここで、説明を簡易にするために、左輪郭
点の透視変換表示座標をＬ^* （Ｘl^* 、Ｙl ^* 、Ｚl
^* ）とし、左輪郭点に対応する透視変換テクスチャ座
標及び透視変換輝度情報をＴl ^* （ＴXl^* 、ＴYl^* ）及
びＢＲＩl ^* とする。また、右輪郭点の透視変換表示座
標をＲ^* （Ｘr ^* 、Ｙr ^* 、Ｚr ^* ）とし、右輪郭点に
対応する透視変換テクスチャ座標及び透視変換輝度情報
をＴr ^* （ＴXr^* 、ＴYr^*）及びＢＲＩr ^* とする。

【０１７１】制御回路７０では、図１９（Ａ）に示すよ
うに以下の演算が行われる。

【０１７２】ΔＸ^* ＝Ｘr ^* −Ｘl ^* 制御回路７０は、上記の演算をすると同時に、積和演算
器７４〜８０に対して、図１９（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、以下の演算処理を行うように指示する。 ΔＺ^* ＝Ｚr ^* −Ｚl ^* ΔＴX ^* ＝ＴXr^* −ＴXl^* ΔＴY ^* ＝ＴYr^* −ＴYl^* ΔＢＲＩ^* ＝ＢＲＩr ^* −ＢＲＩl ^* ドットの演算（図１７） 最後に、走査線上の各ドットの透視変換表示座標である
Ｐn ^* （Ｘn ^* 、Ｙn^* 、Ｚn ^* ）、透視変換テクスチ
ャ座標Ｔn ^* （ＴXn^* 、ＴYn^* ）及び透視変換輝度情報
ＢＲＩn ^* の演算が行われる。この走査線上の各ドット
の演算は、Ｘn^* を基準にしてを行われる。即ちＸn ^*
の座標値をＸl ^* より順次変化させ、他の座標値はこれ
を線形補間することにより求めてゆく。

【０１７３】まず、制御回路７０及び除算器７２にて、
係数Ｎが以下のように演算される。

【０１７４】Ｎ＝（Ｘn ^* −Ｘl ^* ）／ΔＸ^* この係数Ｎは、図１９（Ａ）における線分Ｌ^* Ｒ^* と線
分Ｌ^* Ｐn ^* との線分比に当たるものであり、Ｘ座標を
基準に演算される。また、この係数Ｎは、制御回路７０
より積和演算器７４〜８０に出力される。

【０１７５】係数Ｎを受け取った、積和演算器７４〜８
０では、走査線上の各ドットのＺ座標Ｚn ^* 、走査線上
の各ドットに対応するテクスチャ座標ＴXn^* 、ＴYn^* 及
び輝度情報ＢＲＩn ^* が、係数Ｎにより、図１９
（Ａ）、（Ｂ）における線分比を利用して以下のように
演算される。

【０１７６】Ｚn ^* ＝Ｚl ^* ＋Ｎ×ΔＺ^* ＴXn^* ＝ＴXl^* ＋Ｎ×ΔＴX ^* ＴYn^* ＝ＴYl^* ＋Ｎ×ΔＴY ^* ＢＲＩn ^* ＝ＢＲＩl ^* ＋Ｎ×ΔＢＲＩ^* 次に、Ｘn ^* の値が増加し、上記内の演算を繰り返
す。そして、最終的に、走査線上の左右輪郭点間の全て
のドットについての演算が終わるまで処理が続けられ
る。

【０１７７】なお、上記演算は、Ｘn ^* を基準に行われ
るため、また、Ｙn ^* については走査線上で一定である
ため、Ｘn ^* 、Ｙn ^* については、上記演算を行われ
ず、Ｘn ^* 、Ｙn ^* が、そのまま走査線上の各ドットの
表示座標となる。 逆透視変換（図１７） テクスチャ座標及び輝度情報の逆透視変換は、除算器８
２、８４、８６により行われる。この逆透視変換は、
で求めたＺn ^* を用いて、以下のように演算される。

【０１７８】ＴXn＝ＴXn^* ／Ｚn ^* ＴYn＝ＴYn^* ／Ｚn ^* ＢＲＩn ＝ＢＲＩn ^* ／Ｚn ^* なお、逆透視変換すべきデータの種類が多い場合は、あ
らかじめドット毎のＺn*の逆数を求め、各データに乗算
する事が望ましい。なぜなら、一般に除算器より乗算器
の方が小規模な回路で済むからである。これにより演算
処理するレンダリング情報として複数のレンダリング情
報を選択した場合に、それぞれのレンダリング情報毎に
除算器を用意する必要がなくなる。この結果、ハードウ
ェアの負担を大幅に軽減することができる。

【０１７９】以上のように、〜の演算がパイプライ
ン処理で行われる。そして、ソーティング処理部２２か
らのポリゴンデータを全て入力し、〜の全ての処理
が完了すると、プロセッサ部３０の１画面分の処理が完
了することとなる。

【０１８０】なお、及びで行った補間演算は、ＤＤ
Ａによる手法を用いて行うことも可能である。例えば
におけるＺn ^* の演算を例にとれば、Ｚ0 ^* ＝Ｚl ^* を
初期値とし、差分ｄＺ^* ＝ΔＺ^* ／ΔＸ^* を求めておい
て、Ｚn+1 ^* ＝Ｚn ^* ＋ｄＺ ^* なる加算を繰り返すこと
により補間演算をする手法である。

【０１８１】以上のように演算された、各ドットの表示
座標Ｘn ^* 、Ｙn ^* はフィールドバッファ部４０に出力
され、フィールドバッファ部４０に内蔵されるビデオＲ
ＡＭのアドレスとして利用される。

【０１８２】また、テクスチャ座標Ｔx 、ＴY 及び輝度
情報ＢＲＩもフィールドバッファ部４０に出力され、ビ
デオＲＡＭ上の前記したアドレス位置に書き込まれ、記
憶される。

【０１８３】また、必要に応じて、Ｚn ^* も、Ｚn ＝ｈ
／Ｚn ^* と逆透視変換することができる。この、Ｚn 、
Ｚn ^* は、例えばキャラクタディスプレイ等の他の画像
との合成に利用したり、Ｚバッファアルゴリズムへの応
用として利用したりすることができる。 (5) 終了フラッグ記憶部、処理ドット指示部 本実施例では、上記におけるドットの演算を、処理ド
ット指示部３７の指示により行っているため、更に大幅
な高速化が可能となっている。以下、処理ドット指示部
３７、終了フラッグ記憶部３６について説明する。

【０１８４】例えば図１１に示す疑似３次元画像におい
て、遠く向こうに見える道５９２のうち、車５９０に隠
れて見えない部分については画像表示する必要がない。
同様に、家５９６のうち、前にある家５９４に隠れて見
えない部分についても画像表示する必要がない。従っ
て、このような部分、即ち陰面部分を除去する必要があ
る。この場合、本実施例の画像合成装置は、既に述べた
ように表示画面の手前側にあるポリゴンから順に演算処
理を行うよう形成されている。従って、図２０に示すよ
うに、まずポリゴンＡについて演算処理を行い、次にポ
リゴンＢについて演算処理を行う場合は（ポリゴンＡの
方がポリゴンＢより手前側にある）、Ｃの部分について
の演算処理を省略する必要がある。このため、本実施例
では、終了フラッグ記憶部３６及び処理ドット指示部３
７が設けられている。

【０１８５】この終了フラッグ記憶部３６内における記
憶平面は、表示画面のドットに１対１に対応している。
そして、各ドットに対応して例えば１ビット単位で終了
フラッグと呼ばれるデータが記憶されている。ここで、
終了フラッグとは、各ドットの演算処理が終了したか否
かを表示するために使用されるフラッグをいう。例えば
図２０のポリゴンＡを構成するドットのうち演算処理が
終了したドットについては、例えば“１”が処理ドット
指示部３７により書き込まれる。そして、次にポリゴン
Ｂについて演算処理を行う際には、処理ドット指示部３
７は、この終了フラッグを常にモニターしており、この
終了フラッグが“１”となっているドットについての演
算処理を行わないようにしている。これにより、既に塗
りつぶされた領域についてのポリゴンの演算処理をその
後行う必要がなくなり、処理速度の大幅な高速化が図れ
ることとなる。

【０１８６】図２１には、処理ドット指示部３７及び終
了フラッグ記憶部３６との接続関係を示すブロック図が
示される。同図に示すように、処理ドット指示部３７
は、終了フラッグ決定部２４８と空きドット検出ループ
２８２とを含んで構成される。

【０１８７】終了フラッグ決定部２４８は、プロセッサ
部３０において処理を行う必要があるドットを決定する
機能を有している。処理することが決定されたドットの
終了フラッグは、この終了フラッグ決定部２４８によ
り、新たに処理が終了したドットとして設定し直され、
終了フラッグ記憶部３６に書き戻される。そして、これ
らの指示及び書き戻しは複数ドット毎に行われるため、
処理の大幅な高速化が図れることになる。

【０１８８】空きドット検出ループ２８２では、終了フ
ラッグ決定部２４８において処理を行うべきと決定され
たドットが順次検出される。そして、この検出結果に基
づいて、処理を行うべきドットのＸ^* 座標が決定され、
プロセッサ部３０に出力される。

【０１８９】終了フラッグ記憶部３６は、例えば２画面
分の「終了フラッグ」を記憶できるよう構成されてい
る。この終了フラッグは、１画面の処理の最初に、１画
面分の全てが“０”にクリアされる。そして、演算処理
が終了すると“１”にセットされ、着目するドットの演
算処理が終了したことを表示することとなる。

【０１９０】終了フラッグ記憶部３６は、複数ビット例
えば１６ビットのデータバスをもち、同時に例えば１６
ビット分のデータのアクセスが可能となっている。そし
て、ドットの演算においては、常にこの終了フラッグ記
憶部３６が参照される。従って、これにより終了フラッ
グを１６ドット単位で参照することが可能となる。そし
て、終了フラッグが“１”であるドットに対しては、そ
のドットの演算を行わず、当該ドットは高速に、即ち最
大で１６ドット分スキップされることとなる。従って、
演算すべきポリゴン上のドットが、他のポリゴンの奥に
隠れている場合は、Ｘ^* 座標を単にインクリメントして
演算する場合に比べて、例えば約１６倍の高速処理が期
待できることになる。

【０１９１】なお、本実施例において、終了フラッグ記
憶部３６が２画面構成となっている。これは、ドットの
演算に伴う終了フラッグ記憶部３６に対するアクセス
と、前記１画面分のクリアとを、並行して行うためであ
る。

【０１９２】また、ここにおいて、ポリゴンの処理が手
前のものから順に行われていることが、処理の高速化を
可能とするための前提となっている。

【０１９３】以下、図２１に示す終了フラッグ記憶部回
路のブロック図に基づき、その構成及び動作を説明す
る。

【０１９４】まず、終了フラッグ決定部２４８に、輪郭
点の演算で生成された左輪郭点のＸ^* 座標及び右輪郭点
のＸ^* 座標が入力される。ここで、それぞれの座標はそ
れぞれ１０ビットのデータで構成されているとする。こ
の右輪郭点のＸ^* 座標は、右輪郭点Ｘ^* 座標用のレジス
タ２５０に記憶される。また、左輪郭点Ｘ^* 座標のう
ち、下位４ビットは左輪郭点Ｘ^* 座標下位用のレジスタ
２５２に記憶され、上位６ビットは、Ｘ^* 座標上位用の
カウンタ２５４のカウントのための初期値となる。そし
て、このカウンタ２５４の出力は、輪郭点Ｙ^* 座標及び
バンク切り替え信号と共に、終了フラッグ記憶部３６の
アドレスＡ０〜Ａ１４に入力され、終了フラッグ記憶部
３６のアドレスを指定することとなる。即ち、カウンタ
２５４は、４ビット毎に、即ち１６ドット毎に前記アド
レスをカウントアップすることとなる。これにより、終
了フラッグ記憶部３６からは、データ即ち着目する１６
ドットに対応する終了フラッグ群が１６ドット毎に読み
だされ、双方向バッファ２６２をプライオリティエンコ
ーダ２７６の出力は、デコーダ２８０に入力され、これ
を介して、読み出し用のレジスタ２６４に記憶されるこ
ととなる。

【０１９５】一方、マスクパターン発生回路２５６は、
着目する１６ドットの内、左右輪郭点の内側にあるもの
を“１”とし、外側にあるものを“０”とする同じく１
６ドット毎のマスクパターンを生成している。そして、
書き込み用のＯＲ回路２５８にて、読み出し用のレジス
タ２６４に記憶された前記データと、このマスクパター
ンとの論理和がとられる。この結果、「空きドット」即
ち、これから新たに処理しようとしているドットの終了
フラッグが“１”に更新された書き込みデータが生成さ
れることになる。そして、この書き込みデータは、書き
込み用のレジスタ２６０に記憶された後、双方向バッフ
ァ２６２を介して、終了フラッグ記憶部３６に書き戻さ
れる。これにより、終了フラッグ記憶部３６内に記憶さ
れている終了フラッグのデータのうち、着目する１６ド
ットのデータが更新されることとなる。

【０１９６】一方、このマスクパターンは、反転回路２
６６にて反転され、読み出し用のＯＲ回路２７０にて、
読み出し用のレジスタ２６４に記憶されたデータと論理
和がとられる。この結果、左右輪郭点の外側のドット及
び他のポリゴンが既に存在するドットが“１”となり、
空きドットのみが“０”となるデータが生成されること
となる。ここに、これを仮に「空きドットデータ」と呼
ぶこととする。この空きドットデータは、空きドット検
出ループ２８２に入力される。

【０１９７】空きドット検出ループ２８２において、マ
ルチプレクサ２９２は、塗りつぶし用のレジスタ２７４
を初期化する時のみ前記空きドットデータを取り込み、
それ以外の時は帰還ループからのデータを取り込むよう
に構成されている。これにより自己ループが形成される
こととなる。塗りつぶし用のレジスタ２７４に記憶され
た空きドットデータは、プライオリティエンコーダ２７
６に入力される。このプライオリティエンコーダ２７６
は、空きドットのうち、最もＸ^* 座標の値が小さいドッ
トを検出し、これを４ビットのデータとして出力する。
そして、空きドットのＸ^* 座標、即ち演算処理を行うべ
きドットのＸ^* 座標は、この４ビットのデータの上位
に、Ｘ^* 座標上位カウンタ２５４からの６ビットデータ
を付け加えることにより形成されることとなる。

【０１９８】デコーダ２８０において、「着目するドッ
トのみが“１”となるデータ」が生成される。このデー
タと、塗りつぶし用のレジスタ２７４の出力とが、ＯＲ
回路２７８にて論理和がとられ、「空きドットデータの
うち、着目するドットのみが“１”に更新されたデー
タ」が生成される。この更新データは、マルチプレクサ
２７２を介して、塗りつぶしレジスタ２７９に書き戻さ
れる。この空きドット検出ループ２８２における一連の
動作は、塗りつぶしレジスタ２７４の内容が全ビット１
になるまで続けられる。

【０１９９】空きドット検出ループ２８２内での動作が
終了すると、カウンタ２５４のカウントアップにより、
次の１６ドットのデータが終了フラッグ記憶部より読み
出され、上記した処理が繰り返される。

【０２００】そして、１６ドットのデータの中に右輪郭
点が含まれていないかどうかが検出され、含まれていた
ならば、次の処理からは新たな左右輪郭点のＸ^* 座標が
入力され、処理が繰り返されることになる。 (6) フィールドバッファ部 フィールドバッファ部４０は、図１６に示すように、ビ
デオＲＡＭ１００、１０２、１０４、１０６と、これら
のビデオＲＡＭをコントロールするフィールドバッファ
コントローラ９０、９２、９４、９６を含む。

【０２０１】この、ビデオＲＡＭ１００〜１０６により
構成されるフィールドバッファ空間には、ＣＲＴの表示
スクリーンの各ドットに１対１に対応するデータが格納
される。本第１の実施例において、このフィールドバッ
ファ空間に格納されるデータは、コプロセッサ３４で演
算されたテクスチャ座標ＴX 、ＴY 、輝度情報ＢＲＩ及
びポリゴン識別番号ＰＮであり、書き込むべきアドレス
は、メインプロセッサ３２で演算された透視変換表示座
標Ｘ^* 、Ｙ^* により決定される。

【０２０２】なお、ビデオＲＡＭは、マルチポートＲＡ
Ｍ構成となっており、ランダムポート（ＲＡＭ）、シリ
アルポート（ＳＡＭ）に分かれている。本実施例では、
フィールドバッファ空間へのデータの書き込みは、ラン
ダムアクセスにより行われ、読み出しはドットクロック
に同期してシリアルに行われる。また、フィールドバッ
ファ空間は、書き込み用のバンク及び読みだし用のバン
クの２つのバンクに分割され、１フィールド（１／６０
秒）毎に、バンクの切り替えを行っている。 (7) アトリビュートＲＡＭ部 アトリビュートＲＡＭ部３８は、図１６に示すように、
アトリビュートＲＡＭ部１５２及びアトリビュートデー
タ制御部１５０を有する。

【０２０３】ソーティング処理部２２より入力されたパ
レットナンバーＰＡＬ、カラーＺ値ＣＺ、テクスチャ情
報記憶部４２内の記憶空間のブロック指定を行うための
ブロック番号ＢＮ等のアトリビュートデータは、アトリ
ビュートデータ制御部１５０に入力され、このアトリビ
ュートデータ制御部１５０により、アトリビュートＲＡ
Ｍ１５２に格納される。そしてアトリビュートＲＡＭ１
５２からの読み込みは、フィールドバッファ部４０から
入力されるポリゴン識別番号ＰＮにしたがって行われ、
パレット＆ミキサ回路４４にポリゴン毎のデータとして
出力されることとなる。

【０２０４】テクスチャ情報記憶部４２内の記憶空間の
ブロック指定を行うためのブロック番号ＢＮも、このア
トリビュート制御回路１５０より発生されテクスチャ記
憶部４２に出力される。 (8) テクスチャ情報記憶部 テクスチャ情報記憶部４２は、図１６に示すように、キ
ャラクタコード記憶部１６０及びキャラクタジェネレー
タ１６４を含む。このテクスチャ情報記憶部４２には、
フィールドバッファ部４０からのテクスチャ座標Ｔx 、
ＴY により実際の画面を表示するための例えばカラーコ
ードが記憶されており、記憶部のスピードを補うために
２段構成となっている。これらの記憶部を構成するもの
としては、例えばマスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＳＲＡ
Ｍ、ＤＲＡＭ等を用いることができる。特に、ＲＡＭを
用いて、このＲＡＭに記憶される内容を例えば１フィー
ルド（１／６０秒）毎に書き換えれば、自身の画像をフ
ィードバックしてまたテクスチャにモニターする等特有
の画像効果を得ることが可能となる。

【０２０５】図２２には、このテクスチャ情報記憶部４
２により構成されるテクスチャ記憶平面の一例が示され
る。

【０２０６】このテクスチャ記憶平面は、例えば図２２
に示すような階層構造となっており、これにより、少な
い容量の記憶部により広いテクスチャ記憶平面を表現す
ることができる。即ち、テクスチャ記憶平面は例えば１
６のブロックに分割され、各ブロックは、２５６×２５
６のキャラクタに分割されている。そして、このキャラ
クタは１６×１６のドットに分割され、各キャラクタに
は、テクスチャ記憶平面を構成するための絵柄が記憶さ
れている。そして、この絵柄を用いてテクスチャ記憶平
面が全て埋められることとなる。

【０２０７】図２２に示すように、ポリゴンへのテクス
チャリングは、ポリゴンにはり付けたいテクスチャの各
頂点座標を指定することにより行われる。但し、ブロッ
ク間にまたがるポリゴンの指定をすることはできない。

【０２０８】図２３には、テクスチャ情報記憶部４２に
おけるデータの流れの一例が示される。

【０２０９】本第１の実施例において、テクスチャ情報
記憶部４２には、それぞれ１２ビットのテクスチャＸ座
標ＴX0〜ＴX11 及び１６ビットのテクスチャＹ座標ＴY0
〜ＴY15 が、計２８ビットのデータとして入力される。

【０２１０】ここでテクスチャ座標の下位ビットＴX0〜
ＴX3及びＴY0〜ＴY3は、キャラクタジェネレータ１６４
におけるキャラクタのアドレスを指定するために使用さ
れ、テクスチャＹ座標の上位ビットＴY12 〜ＴY15 は、
テクスチャ記憶平面でのブロック番号ＢＮを指定するた
めに使用されている。即ち、上位ビットＴY12 〜ＴY15
によりテクスチャ記憶平面のブロックが指定され、ＴX4
〜ＴX11 及びＴY4〜ＴY11 によりブロック内のキャラク
タのアドレスが指定される。これにより、キャラクタコ
ードＣＣ0 〜ＣＣ12がキャラクタコード記憶部１６０か
ら読み出されることとなる。一方、下位ビットＴX0〜Ｔ
X3及びＴY0〜ＴY3は、キャラクタコード記憶部１６０を
バイパスし、前記キャラクタコードＣＣ0 〜ＣＣ12と結
合して、キャラクタジェネレータ１６４に入力される。
そして、キャラクタジェネレータ１６４からは、最終的
な出力である例えば８ビットのカラーコードが、パレッ
ト＆ミキサ回路４４に出力されることとなる。 (9) パレット＆ミキサ回路 パレット＆ミキサ回路４４は、輝度情報ＢＲＩ、カラー
データＣＯＬ、パレットナンバーＰＡＬ及びカラーＺ値
ＣＺより画像出力を行うためのＲＧＢデータを合成する
ための回路である。即ち、画像出力は、フィールドバッ
ファ部４０に記憶されるドット毎のデータと、アトリビ
ュートＲＡＭ３８に記憶されるポリゴン毎のデータによ
り、予め設定されているパレットよりＲＧＢデータを引
き出すことによって合成される。パレットにはＲＧＢ各
８ビットで、計２４ビットの色データが格納されてい
る。そして、パレットは全部で１２８バンクに分割され
ており、このバンク指定はパレットナンバーＰＡＬによ
り行われる。また、１バンクは、２５６色のデータを持
ち、このバンク内での色指定は、カラーコードＣＯＬに
より行われることとなる。

【０２１１】図２４には、フィールドバッファ部４０及
びアトリビュートＲＡＭ部３８へのデータ書き込み後、
画像出力するまでの信号の流れが示されている。

【０２１２】即ち、以下のような信号の流れにしたがっ
て、最終的な画像が出力される。 フィールドバッファ部４０から１ドット毎のデータ
（ＰＮ、ＴX 、ＴY 、ＢＲＩ）が出力される。 アトリビュートデータＲＡＭ部３８から、前記ポリゴ
ン識別番号ＰＮに対応したポリゴンのデータ（ＢＮ、Ｐ
ＡＬ、ＣＺ）が出力される。 ＴX 、ＴY 、ＢＮがテクスチャ情報記憶部４２に入力
され、対応したカラーデータＣＯＬが出力される。この
場合、アトリビュートＲＡＭ部３８を経由するＢＮとタ
イミングを合わせるため、ＴX 、ＴY はディレイ回路１
６８を介してテクスチャ情報記憶部４２に入力される。 ＣＯＬ、ＰＡＬ、ＢＲＩ、ＣＺは、ディレイ回路１７
０、１７２、１７４によりタイミング合わせが行われ、
同時にパレット＆ミキサ回路４４に入力される。そし
て、ＰＡＬ、ＣＯＬよりパレットのバンクとバンク内の
カラーコードが指定され、パレットから１つの色データ
が選択される。この選択された色データは、ＢＲＩ、Ｃ
Ｚの値により色演算される。その後、ガンマ補正を経
て、Ｄ／Ａ変換され、ＲＧＢデータとしてパレット＆ミ
キサ回路４４から出力され、ＣＲＴ４６へ画像入力され
ることとなる。 Ｃ．第２の実施例 １．実施例の概要 第２の実施例では、レンダリング情報の１つとして表面
形状情報、具体的には法線ベクトルを選んでいる。第１
の実施例では、ポリゴンの各頂点の輝度情報ＶＢＲＩに
対して直接に補間演算等を行うことで、ポリゴンを構成
する各ドットの輝度情報ＢＲＩを求めていた。これに対
し、本第２の実施例では、補間演算はポリゴンの各頂点
に与えられた法線ベクトルに対して行われる。そして、
ポリゴンを構成する各ドットの輝度情報ＢＲＩは、演算
された各ドットの法線ベクトルに対して照明モデルに対
応した所定の演算処理を行うことで求めることになる。

【０２１３】本第２の実施例では直交座標を用いて法線
ベクトルＮ＝［ＮX ，ＮY ，ＮZ ］の補間演算を行う。
即ち、まずポリゴンの各頂点に対して各頂点の法線ベク
トルＶＮ＝［ＶＮX ，ＶＮY ，ＶＮZ ］が与えられる。
そして、このＶＮX ，ＶＮY，ＶＮZ に対して、第１の
実施例の場合と全く同様にそれぞれ透視変換、輪郭上の
補間演算、走査線上の補間演算、逆透視変換を行う。こ
れによりポリゴン上の全ドットにおける法線ベクトルＮ
＝［ＮX ，ＮY ，ＮZ ］が求められることになる。

【０２１４】その後、この全ドットの法線ベクトルＮ＝
［ＮX ，ＮY ，ＮZ ］を用いて、実際の色を決定する。
この場合、法線ベクトルから各ドット毎の輝度情報ＢＲ
Ｉを求めるための照明モデルが必要となる。

【０２１５】本第２の実施例では、照明モデルとして、
単一光源による平行光線と、鏡面反射、拡散反射、周囲
光を考える。この場合、シェーディング関数と呼ばれる
半ば理論的に半ば経験的に得られた次のような式が知ら
れている。

【０２１６】 ＢＲＩ＝Ｉa Ｋa ＋｛Ｉl ／（Ｚ＋Ｋ）｝×（Ｋd cos φ＋Ｋs cosnψ）(1) この照明モデルの演算式におけるそれぞれの記号は、 ＢＲＩ：各ドットの輝度情報 Ｉa ：周囲光の強度〔Ｆ〕 Ｉl ：入射光の強度〔Ｆ〕 Ｋa ：周囲光の拡散反射係数〔Ｏ〕 (a：ambient) Ｋd ：拡散反射係数〔Ｏ〕 (d：diffuse) Ｋs ：鏡面反射係数〔Ｏ〕 (s：specular) Ｋ：任意定数（近距離にある物体の輝度を補正）〔Ｆ〕 Ｚ：ドット毎のＺ座標値〔場合によってはＯ〕 φ：光源ベクトルＬと法線ベクトルＮとの角度＝反射光
ベクトルＲと法線ベクトルＮとの角度 ψ：反射光ベクトルＲと視線ベクトルＥ＝〔０，０，
１〕との角度 ｎ：任意定数（ハイライトの鋭さ）〔Ｏ〕 〔Ｆ〕：画面（フィールド）毎の定数。

【０２１７】〔Ｏ〕：物体（あるいはポリゴン）毎の定
数。

【０２１８】という意味である。

【０２１９】即ち、補間演算により求められた各ドット
における法線ベクトルＮ＝［ＮX ，ＮY ，ＮZ ］を用い
て、(1) 式における角度φ、ψが求められる。また、必
要ならば各ドット毎にＺ座標も求められる。また、これ
以外の係数はポリゴン毎にアトリビュートデータとして
与えられている。従って、これらのデータ値を(1) 式に
代入することで、各ドット毎の輝度情報が求められるこ
とになる。 ２．具体例 図２５に本第２の実施例の具体的な構成を表すブロック
図を示す。図２５は、図１６に示す第１の実施例の具体
例に対応するものである。図２５に示すように、第２の
実施例は第１の実施例に比べて、コプロセッサ３４の構
成が異なり、また、新たに正規化回路７４０、輝度演算
部７６０を含んだ構成となっている。なお、Ｄｅｌａｙ
回路７６１は、正規化回路７４０、輝度演算部７６０が
追加されたことにともない、輝度情報ＢＲＩの出力との
タイミングを合わせるために設けられたものである。ま
た、図２５においてフィールドバッファ４０内のビデオ
ＲＡＭ、フィールドバッファコントローラについては、
説明を簡単にするためにＶＲＡＭ／ＦＢＣ７２０〜７３
２として示している。

【０２２０】次に、本第２の実施例の動作を説明する。
本第２の実施例では前述の(1) 式を用いて、１画面毎に
与えられた光源ベクトルと、ドット毎に与えられた法線
ベクトルから、ドット毎の輝度情報が求められる。

【０２２１】ソーティング処理部２２には、、法線ベク
トルＮ＝〔ＮX ，ＮY ，ＮZ 〕が、ポリゴンの頂点情報
の一種として送られてくる。ここでＮx ，Ｎy ，Ｚz は
それぞれ12ビット符号付き固定小数点データである。即
ち、最上位ビットが符号ビット、残る１１ビットは小数
点以下を表し、−１以上＋１未満の値をもつデータとな
る。小数点位置を無視して１６進数表記で表すと、−１
は８００ｈ、＋１に最も近い数は７ＦＦｈとなる。

【０２２２】ソーティング処理部２２の動作は、第１の
実施例と全く変わりない。ただし、データＲＡＭ６０上
に、新たに法線ベクトルを格納するデータ領域が必要に
なる。

【０２２３】コプロセッサ３４内においては、法線ベク
トルの３つの座標情報の演算用にそれぞれ積和演算器お
よび除算器が必要になる。但し、本第２の実施例では、
演算の対象となるデータが多い（Ｚ、ＴX 、ＴY 、ＮX
、ＮY 、ＮZ ）。そこで、第１の実施例のように除算
器を複数個設ける構成とはせず、Ｚ* の逆数を求める逆
数器７０６を１個と、複数個の乗算器７１０〜７１８を
設ける構成としている。通常、除算器よりも乗算器の方
が小規模の回路構成となる。従って、演算の対象となる
データが多い場合は、このように乗算器を複数個設ける
構成としたほうが、ハードウェアの負担を軽減できるこ
ととなる。

【０２２４】なお、積和演算器７００〜７０４および乗
算器７１４〜７１８は符号なしの整数演算専用に形成さ
れている。従って、積和演算器７００〜７０４の入口お
よび乗算器７１４〜７１８の出口で、最上位ビット（符
号ビット）を反転してやる必要がある。これは８００ｈ
のオフセットを、積和演算器の入口で加算し、出口で減
算することと等価である。

【０２２５】こうして得られたドット毎の法線ベクトル
は大きさが１よりも小さくなる。これをＮ' と呼ぶ。正
規化された法線ベクトルＮを得るには、正規化回路７４
０により、 Ｎ＝Ｎ' ／｜Ｎ' ｜＝Ｎ' ／（ＮX'² ＋ＮY'² ＋ＮZ'² ）^1/2 (2) という演算が必要である。但し、ポリゴンの各頂点の法
線ベクトルの向きの偏差が微小であれば、 Ｎ＝Ｎ' とみなしてもよい。この場合は、図２５における正規化
回路７４０は省略することができる。

【０２２６】図２６には、この正規化回路７４０の構成
の一例が示される。図２６において、［ＮX'，ＮY'，Ｎ
Z'］が、２乗回路７４２〜７４６に入力される。そし
て、加算器７４８で加算され平方根回路７５０で平方根
がとられる。そして、除算器７５２〜７５６で［ＮX'，
ＮY'，ＮZ'］との除算が行われ、正規化された法線ベク
トル［ＮX ，ＮY ，ＮZ ］が求められることになる。

【０２２７】こうしてドット毎にリアルタイムに法線ベ
クトルが求まると、次に前述の(1)式によって、ドット
毎の輝度情報ＢＲＩを求める。この場合、cos φ及びco
s ψの値が必要となり、これは以下のようにして求めら
れる。

【０２２８】まず、光源ベクトルＬと法線ベクトルＮの
内積は、 Ｌ・Ｎ＝｜Ｌ｜｜Ｎ｜cos φ となる。ここで、｜Ｌ｜＝｜Ｎ｜＝１なので、 cos φ＝Ｌ・Ｎ＝ＬｘＮｘ＋ＬｙＮｙ＋ＬｚＮｚ ……(3) となる。一方、反射光ベクトルＲは、 Ｒ＝２Ｎ（Ｌ・Ｎ）／｜Ｎ｜² −Ｌ ……(4) と与えられる。ここで、｜Ｎ｜＝１なので、(3) 式と
(4) 式より、 Ｒ＝２Ｎcos φ−Ｌ ……(5) となる。

【０２２９】次に、cos ψは、視線ベクトルＥ＝［０，
０，１］と反射光ベクトルＲとの内積であるため、 cos ψ＝Ｅ・Ｒ＝０・Ｒｘ＋０・Ｒｙ＋１・Ｒｚ ＝Ｒｚ ＝２Ｎｚcos φ−Ｌｚ ……(6) となる。以上より、法線ベクトル〔ＮX ，ＮY ，ＮZ 〕
よりcos φ、cos ψが求められた。そして、このcos
φ、cos ψを(1) 式に代入することで、ドット毎の輝度
情報ＢＲＩが求められることになる。

【０２３０】以上の法線ベクトルから輝度情報を求める
演算は、輝度演算部７６０により行われる。図２７に
は、この輝度演算部７６０のブロック図の一例が示され
る。

【０２３１】図２７において、定数レジスタ７６２〜７
７２は、光線ベクトルＬX 、ＬY 、ＬZ 等の定数データ
を格納するレジスタである。そして、乗算器７７４〜７
７８、加算器７８０により上式(3) の演算が行われcos
φが求められる。同様に乗算器７８２、左シフト演算器
７８４、減算器７８６等により上式(6) の演算が行われ
cos ψが求められる。以上求められたcos φ、cos ψを
用いて、べき乗デーブル７８８、乗算器７９０〜７９
６、除算器７９８、加算器８００〜８４により上式(1)
の演算が行われ、輝度情報ＢＲＩが求められることにな
る。

【０２３２】なお、べき乗テーブル７８８は、ＲＡＭや
ＲＯＭで構成され、cos ψとｎをアドレスとする。その
データはcosnψに限らず、任意の関数が可能である。

【０２３３】また、アトリビュート（ポリゴン毎の定
数）の１種として「ポリゴンの面の法線ベクトル」とい
う情報があれば、法線ベクトルそのものではなく法線ベ
クトルの「偏位」を扱うこことにより、ビット数の削減
あるいは精度の向上が図ることができる。この場合は、
補間演算等によりドット毎の法線ベクトルの偏位を求
め、これを「ポリゴンの面の法線ベクトル」に加算する
ことにより、法線ベクトルを求めることになる。 Ｄ．第３の実施例 １．実施例の概要 第３の実施例では、レンダリング情報の１つとして表面
形状情報、具体的には法線ベクトルの偏位を選んでい
る。また、テクスチャ座標の１つとしてバンプマッピン
グ用テクスチャ座標を用いる。そして、レンダリング情
報記憶部であるテクスチャ情報記憶部には、レンダリン
グ情報として、法線ベクトルの偏位が記憶される。そし
て、補間演算されたバンプマッピング用テクスチャ座標
により法線ベクトルの偏位が読み出され輝度情報が求め
られることになる。本第３の実施例は、このような構成
によりバンプマッピングと呼ばれる画像処理を行ってい
る。

【０２３４】さて、バンプマッピングは摂動マッピング
とも呼ばれ、物体表面に任意のパターンの凹凸を表現す
る手法である。バンプマッピングでは物体表面形状に対
する摂動成分（多くは、法線ベクトルの偏位）をテクス
チャ情報として持つ。この摂動成分からなるテクスチャ
情報を、以下バンプと呼ぶ。

【０２３５】本第３の実施例では、アトリビュートデー
タ（ポリゴン毎の定数）の１種として「ポリゴンの面の
法線ベクトル」をもつ。そして、この「ポリゴン面の法
線ベクトル」が、摂動成分によってドット毎に摂動を受
ける。これにより各ドットの法線ベクトルが求められる
ことになる。この様子が図２８に示される。

【０２３６】このようにしてドット毎の法線ベクトルが
求まったら、その後は前述した第２の実施例と同様の方
法で輝度情報が求まる。これにより例えば図８に示すよ
うに物体の表面にクレータ状の形状が施された画像等を
合成できることになる。 ２．具体例 図２９に、本第３の実施例の具体な構成を表すブロック
図を示す。図２９に示すように、第３の実施例は図２５
に示す第２の実施例に比べて、コプロセッサ３４、テク
スチャ情報記憶部４２の構成が異なり、また、新たに回
転角発生部８１０、Ｚ軸回転演算部８４０、摂動回路８
６０、乗算器８８２を含んだ構成となっている。そし
て、テクスチャ情報記憶部４２は、カラー情報をテクス
チャ情報として記憶するカラーテクスチャ記憶部８３０
と、バンプデータをテクスチャ情報として記憶するバン
プテクスチャ記憶部８３２とを含んで構成される。

【０２３７】さて、バンプマッピングにおいては、カラ
ー情報のマッピングと異なり、摂動成分を単にマッピン
グしてポリゴンの面の法線ベクトルに加算するだけでは
済まない。摂動成分がベクトルである以上、向きの情報
を持っており、ポリゴンに追随して３次元空間内で回転
・透視変換の演算をしなくてはならないからである。し
かし、ドット毎に摂動成分に対して回転と透視変換の演
算を施すと、膨大な演算量が必要になる。そこで、本第
３の実施例では、より簡便な近似手法を用いることにす
る。

【０２３８】バンプデータは、直交座標ではなく極座標
で表す。すなわち、ポリゴンの面の法線ベクトルに対す
る摂動を、Ｘ軸周りとＹ軸周りの回転角として表現す
る。これは、ポリゴン自体のＸ軸周りとＹ軸周りの回転
に追随するための演算を省略するためである。しかし、
Ｚ軸周りの回転に追随する演算は省くことができない。
そこで、以下、このＺ軸周りの回転をバンプデータに反
映させるための演算処理の近似手法について説明する。

【０２３９】さて、図３０（Ａ）に示すように、バンプ
テクスチャ記憶部８３２におけるバンプテクスチャ平面
を、変数ＢｘとＢｙで表現する。また、図３０（Ａ）に
示すように走査線上の補間に際して、左右輪郭点に対応
するバンプテクスチャ平面上の点をＡ＝［Ｂｘａ，Ｂｙ
ａ］（始点）とＢ＝［Ｂｘｂ，Ｂｙｂ］（終点）とす
る。テクスチャ平面上の直線は画面上でも直線にマッピ
ングされる。従って、走査線上の補間でマッピングされ
るバンプデータは、常にこの線分ＡＢ上にあることにな
る。ここで、線分ＡＢと、Ｂｘ軸に平行な直線とのなす
角をθとする。すると、このθは透視変換の結果も反映
しているので、バンプデータもθだけＺ軸周りに逆回転
してやれば、Ｚ軸周りの回転と透視変換へ追随する演算
が同時に完了したとみなすことができる。

【０２４０】具体的には、まず、回転角発生部８１０
が、 ｓｉｎθ＝ΔＢｙ／（ΔＢｘ² ＋ΔＢｙ² ）^1/2 ……(7) ｃｏｓθ＝ΔＢｘ／（ΔＢｘ² ＋ΔＢｙ² ）^1/2 ……(8) （ΔＢｘ＝Ｂｘｂ−Ｂｘａ， ΔＢｙ＝Ｂｙｂ−Ｂｙ
ａ）の演算を行う。図３０（Ｂ）にはこの場合の回転角
発生部８１０の構成の一例が示される。図３０（Ｂ）に
示すように、回転角発生部８１０には、［Ｂｘａ，Ｂｙ
ａ］と［Ｂｘｂ，Ｂｙｂ］が入力され、減算器８１２、
８１４、２乗回路８１６、８１８、加算器８２０、平方
根回路８２２により（ΔＢｘ² ＋ΔＢｙ² ）が求められ
る。そして、除算器８２４、８２６を介してｓｉｎθ、
ｃｏｓθが求められることになる。

【０２４１】なお、回転角発生部８１０において、θそ
のものの値を求め、フィールドバッファ部４０に記憶す
る方法も考えられる。この方がフィールドバッファ部４
０の容量が削減できる点では有利である。しかし、本第
３の実施例では、演算処理を簡易にするため、ｓｉｎ
θ、ｃｏｓθを演算し、これをフィールドバッファ部４
０に記憶する構成としている。

【０２４２】Ｚ軸周りのバンプデータのθの逆回転は、
Ｚ軸回転演算部８４０において行われる。これは回転演
算の式、

【０２４３】

【数１】 すなわち、 ｘ ＝ ｘ' ｃｏｓθ＋ｙ' ｓｉｎθ ……(9a) ｙ ＝−ｘ' ｓｉｎθ＋ｙ' ｃｏｓθ ……(9b) ｚ ＝ ｚ' ……(9c) に基づいて行われる。なお、数１(9) 式中

【０２４４】

【数２】 の部分を、以下Ｚ軸周りの回転マトリクスと呼ぶ。な
お、ｚに相当するバンプデータは存在しないので、実際
には(9c)式は意味を持たない。

【０２４５】さて、バンプデータは直交座標ではなく回
転角であるが、数１(9) 及び(9a)〜(9b)式では角度が微
小であると仮定して直交座標ｘとｙと同様に取り扱って
いる。従って、バンプテクスチャ記憶部８３２に記憶さ
れるＸ軸回転のバンプデータをα´、Ｙ軸回転のバンプ
データをβ´とすると、(9a)〜(9b)は、 β ＝ β' ｃｏｓθ＋α' ｓｉｎθ ……(11a) α ＝−β' ｓｉｎθ＋α' ｃｏｓθ ……(11b) と表すことができる。これにより、Ｚ軸回転演算部８４
０によるＺ軸回転演算後のバンプデータα、βが求めら
れたことになる。図３１には、この場合のＺ軸回転演算
部８４０の具体的構成が示される。図３１に示されるよ
うに、Ｚ軸回転演算部８４０には、バンプテクスチャ記
憶部８３２からバンプデータα' 、β'が入力される。
そして、乗算器８４２〜８４８、加算器８５０、減算器
８５２により、上式(11a) 、(11b) に従ったＺ軸回転演
算が行われることになる。

【０２４６】以上より、Ｘ軸回転、Ｙ軸回転の回転マト
リクスはそれぞれ、

【０２４７】

【数３】

【０２４８】

【数４】 と表される。ここで、角度が微小であるという条件を用
い、近似式、

【０２４９】

【数５】

【０２５０】

【数６】 により、

【０２５１】

【数７】

【０２５２】

【数８】 と近似される。

【０２５３】次に、この回転マトリクスを用いて摂動回
路８６０において摂動演算が行われる。ここで、摂動さ
れるべきもとの法線ベクトル［ＮX"、ＮY"、ＮZ"］は、
図２９に示すようにアトリビュートＲＡＭ部３８より入
力される。摂動回路８６０では、このもとの法線ベクト
ル［ＮX"、ＮY"、ＮZ"］に対して、摂動演算が行われ、
摂動された法線ベクトル［ＮX'、ＮY'、ＮZ'］が求めら
れる。

【０２５４】ここで、各軸周りの回転順序は交換不可能
であるが、ここでも角度が微小であるという理由で交換
可能と見なす。例えば、Ｘ軸回転を先に行うとすると、 ［ＮX' ＮY' ＮZ'］＝［ＮX" ＮY" ＮZ"］ＲｘＲｙ ……(16) より、 ＮX'＝ＮX"＋αβＮY"＋βＮZ" ……(16a) ＮY'＝ＮY"−αＮZ" ……(16b) ＮZ'＝−βＮX"＋αＮY"＋ＮZ" ……(16c) となる。ここで、(16a) 式の右辺の第２項“αβｙ”
は、αもβも共に微小であるために“０”とみなせるか
ら、 ＮX'＝ＮX"＋βＮZ" ……(16a) ´ となる。逆にＹ軸回転を先に行っても、同じ結果が得ら
れる。

【０２５５】図３２には、この摂動回路８６０の構成の
一例が示される。この摂動回路８６０では、上記した
(16a)'(16b)(16c) の各式に基づいて演算処理が行われ
る。即ち、図３２に示すように、摂動回路８６０には、
ポリゴンの面の法線ベクトル［ＮX"、ＮY"、ＮZ"］がア
トリビュートＲＡＭ部３８から入力され、乗算器８６２
〜８６８、加算器８７０、８７２、減算器８７４、８７
６により、摂動された法線ベクトル［ＮX'、ＮY'、Ｎ
Z'］が求められる。

【０２５６】なお、図３２に示すように、アトリビュー
トＲＡＭ部３８を介してＢＤＥＰＴＨ信号を入力し、乗
算器８７８、８８０を新たに設ければ、同一のバンプテ
クスチャで凹凸の深さを変えることも可能となる。即
ち、α、βに所定の値に設定されたＢＤＥＰＴＨ信号を
乗算することにより、同一のバンプテクスチャで凹凸の
深さを変えることが可能となるわけである。

【０２５７】以上のようにして演算された法線ベクトル
［ＮX'、ＮY'、ＮZ'］は、必要ならば実施例２と同様に
正規化回路７４０において［ＮX 、ＮY 、ＮZ ］に正規
化される。そして、輝度演算部７６０及び乗算器８８２
により所定の演算処理が行われ、輝度情報ＢＲＩが求め
られることになる。

【０２５８】さて、バンプマッピングに関連する回路の
うち、回転角発生部８１０のみがフィールドバッファ部
４０の手前に配置される。メインプロセッサ３２、コプ
ロセッサ３４による走査線上（左右輪郭点間）の補間
は、原則として左から右へと行われるが、これに先立っ
て右輪郭点の演算が、ポリゴンが既に描かれているか否
かに関わらず行われる。これが図３０（Ａ）におけるＢ
＝［Ｂｘｂ，Ｂｙｂ］点である。元来、走査線補間演算
の開始前には１データ分の空き時間があるので、Ｂ点の
出力によって処理時間は影響を受けない。回転角発生部
８１０は、図３０（Ｂ）には図示していないが、入力部
にレジスタをもち、このＢｘｂとＢｙｂを保持する。

【０２５９】続いて通常の補間演算が始まり、最初のド
ットがＡ＝［Ｂｘａ，Ｂｙａ］点となり、回転角発生部
８１０に与えられる。あるいは走査線補間演算前の空き
時間を広げて、Ｂ点と同様にポリゴンが既に描かれてい
るか否かに関わらず左輪郭点を演算してＡ点とすれば、
より正確なｓｉｎθとｃｏｓθが求まる。

【０２６０】Ａ点が与えられると、回転角発生部８１０
は直ちに演算を開始し、ｓｉｎθとｃｏｓθを求め、フ
ィールドバッファ部４０に格納する。

【０２６１】フィールドバッファ部４０の読み出し側に
接続されるテクスチャ情報記憶部４２は、前記したよう
にカラーテクスチャ記憶部８３０及びバンプテクスチャ
記憶部８３２を含んで構成される。これらのカラーテク
スチャ記憶部８３０、バンプテクスチャ記憶部８３２で
は、制御を簡単にするためテクスチャ座標を共有してい
る（Ｔｘ＝Ｂｘ，Ｔｙ＝Ｂｙ）。そして、ブロックナン
バーＢＮは共有せず、カラーテクスチャとバンプテクス
チャの様々な組合せを選択可能とするため、カラー用の
ブロックナンバーＣＢＮ及びバンプ用のブロックナンバ
ーＢＢＮとに区別している。これらのＣＢＮ、ＢＢＮ信
号は、図２９に示すように、アトリビュートＲＡＭ部３
８よりアトリビュートデータとして与えられる。

【０２６２】図３３には、実施例２で述べたフォンシェ
ーディングと、バンプマッピングとを併用して画像合成
を行う場合のブロック図が示される。この場合には、図
３３に示すように、フォンシェーディングで得られた法
線ベクトル［ＮX"、ＮY"、ＮZ"］に対して、摂動をかけ
ることになる。

【０２６３】なお、フォンシェーディングで扱うパラメ
ータを、法線ベクトルそのものではなく法線ベクトルの
偏位を用いると、ビット数の削減や精度の向上が期待で
きる。

【０２６４】なお、テクスチャ情報記憶部は、ＲＯＭや
ＲＡＭのようにテクスチャ情報の数値そのものを記憶す
るとは限らず、テクスチャ座標等の入力に対する関数の
形で記憶することも可能である。この場合のテクスチャ
情報記憶部は、論理演算回路として構成される。

【０２６５】図３４（Ａ）に示されるようなジクザク形
状の関数は、１次関数の複合体なので、

【０２６６】

【数９】 （w:バンプテクスチャ座標（Ｂｘ，Ｂｙ） u:摂動成分
（α，β）i,j:定数） （a mod b は、除算ａ／ｂの剰余を意味する） のように表せる。この関数は、疑似サイン曲線の表面形
状を発生させることができる。これは最も基本的なバン
プのひとつなので用途が広い。これをバンプテクスチャ
座標ＢｘとＢｙの片方あるいは両方に適用して利用する
ことができる。

【０２６７】定数ｉを２の整数乗とすると、図３４
（Ｂ）に示すような乗算器９００、減算器９０２、補数
器９０４で構成される回路で実現できる。

【０２６８】ここで乗算器９００には、Ｗm 〜Ｗ0 （Ｗ
の下位ｍ＋１ビット）及びｊが入力される。そして、乗
算器９００の出力は下位ｍビットが切り捨てられ減算器
９０２に入力される。減算器９０２の出力は補数器９０
４に入力される。ここで補数器９０４のＥ入力にはＷm+
1 （Ｗのビットｍ＋１）が入力されている。

【０２６９】さらに定数ｊも２の整数乗とすると、図３
４（Ｃ）のようにさらに簡単な回路になる。この回路
は、シフタ９０６、デクリメンタ９０８、補数器９１０
により構成される。

【０２７０】シフタ９０６にはＷm 〜Ｗ0 （Ｗの下位ｍ
＋１ビット）が入力される。ここで、シフタ９０６は、
以下の演算機能を有する。

【０２７１】ｉ＜ｊ（ｍ＜ｎ）の場合、ｊ−ｉビットの
“０”を下位に追加（左シフト） ｉ＝ｊ（ｍ＝ｎ）の場合は、何もしない ｉ＞ｊ（ｍ＞ｎ）の場合、下位ｉ−ｊビットを削除する
（右シフト） （３者のいずれかの状態に固定） シフタ９０６の出力はデクリメンタ９０８に入力される
が、下位ｍビットについてはバイパスして補数器９１０
に入力される。補数器９１０のＥ入力にはＷm+1 （Ｗの
ビットｍ＋１）が入力されている。

【０２７２】なお、ここでシフタ９０６は能動的な回路
ではなく、各ビットの結線の違いをブラックボックス化
して表現したものに過ぎない。バンプの深さ情報ＢＤＥ
ＰＴＨがアトリビュートデータに含まれる場合は特に図
３４（Ｃ）の回路で十分である。

【０２７３】なお、簡単で有用性の高い物のひとつに、
乱数器がある。この乱数器は、テクスチャ座標などの入
力に対して一意に定まる疑似乱数を発生する。この例を
図３５（Ａ）に示す。この例では乱数発生回路をユニッ
ト化し、乱数ユニットＡ〜Ｄというように多段構成にし
ている。図３５（Ｂ）に示すように、いろいろな乱数ユ
ニット９１２、９１４、９１６等を取捨選択して、目的
にあうバンプパターンを見つける。

【０２７４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【０２７５】例えば、本発明における線形補間演算は上
記したものに限らず、例えばＤＤＡを用いて線形補間演
算してもよい。

【０２７６】また、テクスチャ情報記憶手段を構成する
記憶装置としては、ＥＥＰＲＯＭに限らず、ＳＲＡＭ、
ＤＲＡＭ、マスクＲＯＭ等、各種の記憶装置を使用する
ことができる。

【０２７７】また、本発明によりポリゴンにテクスチャ
マッピングされるテクスチャの形状としては、このポリ
ゴンと同一の形状もしくは相似形状のものには限られ
ず、任意の形状のテクスチャをマッピングすることがで
きる。例えば、ポリゴンの形状と全く異なる形状のテク
スチャをマッピングすることにより、テクスチャを歪ま
せるなど特殊な画像効果を得ることもできる。

【０２７８】また、上記実施例では、演算における「走
査線」と「ＣＲＴの走査線」とを特に区別していなかっ
たが、例えばビデオＲＡＭのＳＡＭ容量等のハードウェ
ア上の制約しだいでは、両走査線が別個のものであっ
て、例えば直交しているように場合も考えられる。

【０２７９】また、バンプマッピングに使用される表面
形状情報としては、実施例に述べた法線ベクトル、法線
ベクトルの偏位に限らず、種々のものを用いることがで
きる。例えば、表面形状の起伏の高さを表面形状情報と
して用いることもできる。

【０２８０】

【発明の効果】本発明によれば、物体の表面情報の遠近
感、直線性が損なわれずに、高品質の疑似３次元画像を
リアルタイムに画像合成することが可能となる。特に、
本発明によれば、表面情報演算手段において複数の表面
情報を同時に演算処理することが可能であるため、複数
の表面情報を取り扱う場合にも比較的小規模の回路構成
により画像合成を行うことができる。

【０２８１】また、本発明によれば、左右輪郭点及びこ
れを結ぶ走査線上の各ドットの透視変換表示座標、透視
変換表面情報を線形補間演算により求めることにより、
簡易な回路構成によりリアルタイムに高品質の画像合成
を行うことができる。

【０２８２】また、本発明によれば、表面情報のうち少
なくとも１つをレンダリング情報、あるいはテクスチャ
座標とすることにより、ポリゴンの各頂点に与えられた
レンダリング情報、テクスチャ座標に基づいて、遠近
感、直線性の損なわれないレンダリング、テクスチャマ
ッピングが可能となる。特に、テクスチャマッピング手
法を用いることにより、高品質の画像合成を、ハードウ
エアの負担を重くすることなく実現することが可能とな
る。また、この場合、テクスチャ座標に対して所定の関
数演算を施して、レンダリング情報を求める構成とすれ
ば、比較的小規模の回路構成によりテクスチャマッピン
グを行うことができ、例えば乱数発生器を用いることに
より従来にない映像効果を作り出すこともできる。

【０２８３】また、本発明によれば、前記レンダリング
情報のうち少なくとも一種類を、カラー情報、輝度情
報、表面形状情報、透明度情報、拡散反射率情報等とす
ることで、カラー情報、輝度情報、表面形状情報、透明
度情報、拡散反射率情報等を用いたレンダリング、テク
スチャマッピングを遠近感、直線性を損なわことなく行
うことができる。

【０２８４】例えばレンダリング情報の１つを輝度情報
とすることにより、輝度変化に遠近感があり、３次元物
体が回転等した場合にも、画像のリアリティを損なうこ
とない高品質の画像合成を、例えばグーローシェーディ
ング等の手法を用いて行うことができる。

【０２８５】また、レンダリング情報の１つを表面形状
情報とし、表面形状情報として法線ベクトル、法線ベク
トルの偏位、物体表面に形成される起伏の高さを用いれ
ば、バンプマッピング等の画像合成を行うこともでき
る。そして、このようにバンプマッピング等を行った場
合にも、物体の表面形状の変化に遠近感があり、３次元
物体が回転等した場合にも、画像のリアリティを損なう
ことない高品質の画像合成を行うことができる。

【０２８６】また、レンダリング情報の１つを透明度情
報とすることにより、物体の一部分が透明から半透明、
半透明から透明へと変化するおぼろげな物体を表現する
ことも可能となり、この場合にも遠近感、直線性は損な
われない。

【０２８７】また、レンダリング情報の１つを拡散反射
率情報とすることにより、例えば部分により「つや」の
異なる物体を表現することが可能となり、この場合にも
遠近感、直線性は損なわれない。

【０２８８】また、本発明によれば、ポリゴンに共通の
画像情報であるアトリビュートデータを用いることによ
り、より高品質な画像合成をより簡易な回路構成で実現
できる。例えば、バンプマッピングを法線ベクトルの偏
位により行う場合に、もとの法線ベクトルを、このアト
リビュートデータにより指定することもできる。

【０２８９】また、本発明によれば、表示座標演算手段
が表示画面に対して手前に位置するポリゴンから順に演
算処理を行うことにより、演算処理が間に合わなくなっ
ても、画面の手前にあるポリゴンのデータが喪失するの
を有効に防止でき、画像の高品質化を図ることができ
る。また、手前にあるポリゴンの演算処理後、次のポリ
ゴンの演算処理を行う場合、陰面の部分については既に
終了フラッグが書き込まれている。従って、この陰面の
部分については演算処理を省略でき、終了フラッグをＮ
ドット単位で参照することにより、演算処理を最大でＮ
ドット分スキップして行うことが可能となる。また本発
明によれば、各頂点の透視変換表示Ｚ座標ＶＺ ^＊ を用い
て、複数種類の頂点表面情報（ＶＴＸ、ＶＴＹ、ＶＢＲ
Ｉ等）を、同様の関係式で透視変換できるため、処理、
制御の簡易化を図ることができる。また本発明によれ
ば、各ドットの透視変換表示Ｚ座標Ｚｎ ^＊ を用いて、複
数種類の透視変換表面情報（ＴＸｎ ^＊ 、ＴＹｎ ^＊ 、ＢＲ
Ｉｎ ^＊ 等）を、同様の関係式で逆透視変換できるため、
処理負担の低減化、制御の簡易化を図ることができる。
また本発明によれば、複数種類の表面情報を、同一構成
の回路、デバイス等で得ることができるため、処理負担
の低減化、制御の簡易化を図ることができる。また本発
明によれば、フォンシェーディング等による表現力豊か
な画像合成を実現できると共に、表示物が回転等した場
合にも不自然さが生じない画像合成を実現できる。また
本発明によれば、バンプマッピング等による表現力豊か
な画像合成を実現できると共に、表示物が回転等した場
合にも不自然さが生じない画像合成を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は、本発明にかかる画像合成装置の第１
の実施例について示すブロック図である。

【図２】第２図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明にかかる画像
合成装置の基本構成及び基本概念について示す概略説明
図である。

【図３】第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、従来のテクスチャマ
ッピングにおける遠近感の問題について示す概略説明図
である。

【図４】第４図（Ａ）、（Ｂ）は、従来のテクスチャマ
ッピングにおける直線性の問題について示す概略説明図
である。

【図５】第５図は、細分化アルゴリズムを用いたテクス
チャマッピングについて示す概略説明図である。

【図６】第６図は、透視変換の概念について示す概略説
明図である。

【図７】第７図（Ａ）は輝度の連続性の問題について示
す概略説明図であり、第７図（Ｂ）は、法線ベクトルに
よる疑似曲面の形成について示す概略説明図である。

【図８】第８図はバンプマッピングについて示す概略説
明図である。

【図９】第９図は、本発明にかかる画像装置における画
像処理演算の概要を示すフロチャート図である。

【図１０】第１０図は、本発明にかかる画像装置におけ
る画像処理演算の概要を視覚的に示した概略説明図であ
る。

【図１１】第１１図は本発明にかかる画像合成装置によ
り合成された疑似３次元画像の一例である。

【図１２】第１２図（Ａ）はゲーム空間設定部により設
定されるゲーム空間の一例であり、第１２図（Ｂ）はこ
の場合に合成される疑似３次元画像の一例である。

【図１３】第１３図は、ポリゴンの集合で表現された３
次元オブジェクトの一例を示す概略図である。

【図１４】第１４図は、画像供給部での演算処理を説明
するための概略説明図である。

【図１５】第１５図は、透視変換部から出力されるポリ
ゴンデータの一例を示す概略説明図である。

【図１６】第１６図は、本発明の第１の実施例の具体的
な構成を示すブロック図である。

【図１７】第１７図は、本発明の第１の実施例の画像処
理演算の詳細について示す説明図である。

【図１８】第１８図（Ａ）〜（Ｃ）は、輪郭線及び輪郭
点の演算処理を説明するための概略説明図である。

【図１９】第１９図（Ａ）〜（Ｂ）は、走査線及び走査
線上の各ドットの演算処理を説明するための概略説明図
である。

【図２０】第２０図は、表示画面に向かって手前側にあ
るポリゴンと奥側にあるポリゴンの関係を示す概略図で
ある。

【図２１】第２１図は、処理ドット指示部の構成及び終
了フラッグ記憶部との接続関係の一例について示すブロ
ック図である。

【図２２】第２２図は、テクスチャ記憶平面の構造につ
いて説明するための概略説明図である。

【図２３】第２３図は、テクスチャ情報記憶部における
データの流れを示す概略説明図である。

【図２４】第２４図は、フィールドバッファ部へのデー
タ書き込み後、画像出力するまでのデータの流れを説明
するためのブロック図である。

【図２５】第２５図は、本発明の第２の実施例の具体的
な構成を示すブロック図である。

【図２６】第２６図は、正規化回路の一例を示すブロッ
ク図である。

【図２７】第２７図は、輝度演算部の一例を示すブロッ
ク図である。

【図２８】第２８図は、摂動バンプマッピングの概念を
説明するための概略説明図である。

【図２９】第２９図は、本発明の第３の実施例の具体的
な構成を示すブロック図である。

【図３０】第３０図（Ａ）は、バンプテクスチャ平面を
説明するための概略説明図であり、第３０図（Ｂ）は、
回転角発生部の一例を示すブロック図である。

【図３１】第３１図は、Ｚ軸回転演算部の一例を示すブ
ロック図である。

【図３２】第３２図は、摂動回路の一例を示すブロック
図である。

【図３３】第３３図は、フォンシェーディングとバンプ
マッピングを同時に実現した回路の一例を示すブロック
図である。

【図３４】第３４図（Ａ）〜（Ｃ）は、テクスチャ情報
記憶部を論理演算回路で構成した場合について説明する
ための概略説明図である。

【図３５】第３５図（Ａ）、（Ｂ）は、論理演算回路を
乱数器を用いて形成した場合の概略説明図である。

【図３６】第３６図は、従来の画像処理装置の概念につ
いて説明するための概略説明図である。

【図３７】第３７図は、従来の画像処理装置の一例を示
すブロック図である。

【図３８】第３８図は、スクリーン上に投影された疑似
３次元画像について説明するための概略説明図である。

【図３９】第３９図は、テクスチャがマッピングされた
３次元物体を画像合成する画像装置について説明するた
めの概略説明図である。

【図４０】第４０図は、テクスチャマッピングの概念に
ついて説明するための概略説明図である。

【符号の説明】

１ 画像合成部 １０ 画像供給部 １２ 操作部 １３ ゲーム空間演算部 １５ 処理部 １６ ３次元画像情報記憶部 １８ 座標変換部 １９ クリッピング処理部 ２０ 透視変換部 ２２ ソーティング処理部 ２８ 画像形成部 ３０ プロセッサ部 ３２ メインプロセッサ ３４ コプロセッサ ３７ 処理ドット指示部 ３６ 終了フラッグ記憶部 ３８ アトリビュートＲＡＭ部 ４０ フィールドバッファ部 ４２ テクスチャ情報記憶部 ４４ パレット＆ミキサ回路 ７０ 制御回路 ７２、８２、８４、８６、８８ 除算器 ７４、７６、７８、８０ 積和演算器 ９０、９２、９４、９６ フィールドバッファコントロ
ーラ １５０ アトリビュートデータ制御部 １５２ アトリビュートＲＡＭ １６０ キャラクターコード記憶部 １６４ キャラクタージェネレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−82470（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−222074（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−220783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−101975（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−35883（ＪＰ，Ａ) 柴本ほか”テクスチャマッピングにつ いて（１）”，情報処理学会第31回（昭 和60年後期）全国大会講演論文集，情報 処理学会，昭和60年発行，ｐ．1703− 1704 塩谷”透視変換のための高速補間 法”，ソニーリサーチフォーラム1995論 文集，ソニー株式会社，1996年２月１ 日，ｐ．12−15 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 15/00 - 15/70 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元ポリゴンで構成される３次元画像
   を所定投影面上に透視変換して疑似３次元画像を合成す
   る画像合成装置であって、 前記３次元ポリゴンの各頂点の表示座標を前記投影面上
   の各頂点の透視変換表示座標に透視変換し、この各頂点
   の透視変換表示座標により形成されるポリゴンを構成す
   る各ドットの透視変換表示座標を線形補間演算により求
   める表示座標演算手段と、 前記３次元ポリゴンの各頂点に対応して与えられた表面
   情報を前記各頂点の透視変換表示座標に対して線形な各
   頂点の透視変換表面情報に透視変換し、この各頂点の透
   視変換表面情報により形成されるポリゴンを構成する各
   ドットの透視変換表面情報を線形補間演算により求め、
   この透視変換表面情報を逆透視変換して表面情報の演算
   を行う表面情報演算手段と、 前記表面情報演算手段により求められた前記表面情報に
   基づいて前記透視変換表示座標位置における画像情報の
   形成を行う画像情報形成手段と、 を含むことを特徴をする画像合成装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記表示座標演算手段は、 前記各頂点の透視変換表示座標を線形補間することによ
   り、各頂点の透視変換表示座標により形成されるポリゴ
   ンの輪郭線と各走査線とが交差する点である左右輪郭点
   の透視変換表示座標を演算し、この左右輪郭点の透視変
   換表示座標を線形補間することにより、左右輪郭点を結
   ぶ走査線上の各ドットの透視変換表示座標を線形補間演
   算するように形成され、 前記表面情報演算手段は、 前記各頂点の透視変換表面情報を線形補間することによ
   り、各頂点の透視変換表示座標により形成されるポリゴ
   ンの輪郭線と各走査線とが交差する点である左右輪郭点
   の透視変換表面情報を演算し、この左右輪郭点の透視変
   換表面情報を線形補間することにより、左右輪郭点を結
   ぶ走査線上の各ドットの透視変換表面情報を線形補間演
   算するように形成されることを特徴とする画像合成装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記表面情報演算手段により演算処理される前記表面情
   報のうち少なくとも１つはレンダリング情報であり、 前記画像情報形成手段が、前記表面情報演算手段により
   求められたレンダリング情報に基づいて前記透視変換表
   示座標位置における画像情報の形成を行うことを特徴と
   する画像合成装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、 前記表面情報演算手段により演算処理される前記表面情
   報のうち少なくとも１つはテクスチャ座標であり、 前記表面情報演算手段により求められたテクスチャ座標
   により指定されるアドレス位置に所定のレンダリング情
   報を記憶するレンダリング情報記憶部を含み、 前記画像情報形成手段が、前記レンダリング情報記憶部
   により読み出されたレンダリング情報に基づいて前記透
   視変換表示座標位置における画像情報の形成を行うこと
   を特徴とする画像合成装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２において、 前記表面情報演算手段により演算処理される前記表面情
   報のうち少なくとも１つはテクスチャ座標であり、 前記表面情報演算手段により求められたテクスチャ座標
   に対して所定の関数演算を施してレンダリング情報を求
   める関数演算部を含み、 前記画像情報形成手段が、前記関数演算部により求めら
   れたレンダリング情報に基づいて前記透視変換表示座標
   位置における画像情報の形成を行うことを特徴とする画
   像合成装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５にいずれかにおいて、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類がカラー
   情報であり、 前記画像情報形成手段が、このカラー情報を用いて前記
   透視変換表示座標位置における画像情報の形成を行うこ
   とを特徴とする画像合成装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類が輝度情
   報であり、 前記画像情報形成手段が、この輝度情報を用いて前記透
   視変換表示座標位置における画像情報の形成を行うこと
   を特徴とする画像合成装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類が表面形
   状情報であり、 前記画像情報形成手段が、この表面形状情報を用いて前
   記透視変換表示座標位置における画像情報の形成を行う
   ことを特徴とする画像合成装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類が透明度
   情報であり、 前記画像情報形成手段が、この透明度情報を用いて前記
   透視変換表示座標位置における画像情報の形成を行うこ
   とを特徴とする画像合成装置。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至５のいずれかにおいて、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類が拡散反
    射率情報であり、 前記画像情報形成手段が、この拡散反射率情報を用いて
    前記透視変換表示座標位置における画像情報の形成を行
    うことを特徴とする画像合成装置。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかにおい
    て、 前記画像情報形成手段は、 分割された各ポリゴンに共通の画像情報であるアトリビ
    ュートデータを記憶するアトリビュートデータ記憶手段
    を有し、 前記画像情報形成手段が、前記アトリビュートデータ及
    び前記表面情報に基づいて前記透視変換表示座標位置に
    おける画像情報の形成を行うことを特徴とする画像合成
    装置。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれかにおい
    て、 前記表示座標演算手段は、表示画面に対して手前に位置
    するポリゴンから順に演算処理を行い、 前記表示座標演算手段による演算処理が終了したドット
    に対応するアドレス位置に、演算処理の終了を示す終了
    フラッグが記憶される終了フラッグ記憶手段と、 前記終了フラッグ記憶手段から前記終了フラッグを読み
    出し、この終了フラッグに基づいて処理を行うべきドッ
    トを前記表示座標演算手段に指示する処理ドット指示手
    段とを含み、 前記処理ドット指示手段は、処理することを決定したド
    ットの終了フラッグを新たに処理が終了したドットとし
    て前記終了フラッグ記憶手段に書き戻すとともに、前記
    表示座標演算手段に対して処理することを決定したドッ
    トのみ前記演算処理を行うよう指示することで処理の高
    速化を図ることを特徴とする画像合成装置。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２のいずれかにおい
    て、 前記表示座標演算手段が、奥行き方向に設定された表示
    座標であるＺ座標に基づいて各頂点の透視変換表示Ｚ座
    標を求め、 前記表面情報演算手段が、該各頂点の透視変換表示Ｚ座
    標に基づいて前記表面情報の透視変換を行うことを特徴
    とする画像合成装置。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至１３のいずれかにおい
    て、 前記表示座標演算手段が、奥行き方向に設定された表示
    座標であるＺ座標に基づいて各ドットの透視変換表示Ｚ
    座標を求め、 前記表面情報演算手段が、該各ドットの透視変換表示Ｚ
    座標に基づいて前記透視変換表面情報の逆透視変換を行
    うことを特徴とする画像合成装置。
15. 【請求項１５】 請求項１乃至１４のいずれかにおい
    て、 前記表面情報演算手段が、複数種類の表面情報を並列演
    算により同時に求めることを特徴とする画像合成装置。
16. 【請求項１６】 請求項３において、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類がポリゴ
    ンの表面形状情報である法線ベクトル情報であり、 前記画像情報形成手段が、所定の照明モデルと該法線ベ
    クトル情報とに基づいて前記透視変換表示座標位置にお
    ける輝度情報を形成することを特徴とする画像合成装
    置。
17. 【請求項１７】 請求項４又は５において、 前記レンダリング情報のうち少なくとも一種類がポリゴ
    ンの表面形状情報である法線ベクトル摂動成分情報であ
    り、 前記画像情報形成手段は、前記法線ベクトル摂動成分情
    報と各ポリゴンにアトリビュートデータとして与えられ
    れた法線ベクトル情報とに基づいて摂動処理を行い、所
    定の照明モデルと該摂動処理が施された法線ベクトル情
    報とに基づいて前記透視変換表示座標位置における輝度
    情報を形成することを特徴とする画像合成装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７において、 前記表面情報演算手段により演算処理される前記表面情
    報のうち少なくとも１つはポリゴンの法線ベクトル情報
    であり、 前記画像情報形成手段が、前記法線ベクトル摂動成分情
    報と前記表面情報演算手段により求められた法線ベクト
    ル情報とに基づいて前記摂動処理を行うことを特徴とす
    る画像合成装置。
19. 【請求項１９】 ３次元ポリゴンで構成される３次元画
    像を所定投影面上に透視変換して疑似３次元画像を合成
    するための画像合成方法であって、 前記３次元ポリゴンの各頂点の表示座標を前記投影面上
    の各頂点の透視変換表示座標に透視変換し、この各頂点
    の透視変換表示座標により形成されるポリゴンを構成す
    る各ドットの透視変換表示座標を線形補間演算により求
    めるステップと、 前記３次元ポリゴンの各頂点に対応して与えられた表面
    情報を前記各頂点の透視変換表示座標に対して線形な各
    頂点の透視変換表面情報に透視変換し、この各頂点の透
    視変換表面情報により形成されるポリゴンを構成する各
    ドットの透視変換表面情報を線形補間演算により求め、
    この透視変換表面情報を逆透視変換して表面情報を演算
    するステップと、 該表面情報の演算ステップにより求められた前記表面情
    報に基づいて前記透視変換表示座標位置における画像情
    報を形成するステップと、 を含むことを特徴をする画像合成方法。